A systematic numerical experiment has been conducted to study droplet gasification in high pressure environments with pressure oscillations. The general frame of previous rigorous model[1] is retained but tailored for flash equilibrium calculation of vapor-liquid interfacial thermodynamics. Time-dependent conservation equations of mass, momentum, energy, and species concentrations are formulated in axisymmetric coordinate system for both the droplet interior and ambient gases. In addition, a unified property evaluation scheme based on the fundamental equation of state and empirical methods are used to find fluid thermophysical properties over the entire thermodynamic domain of interest. The governing equations with appropriate physical boundary conditions are numerically time integrated using an implicit finite-difference method with a dual time-stepping technique. A series of calculation have been carried out to investigate the gasification of an isolated n-pentane droplet in a nitrogen gas environment over a wide range of ambient pressures and frequencies. Results show that the mean pressures and frequencies of the ambient gas have strong influences on the characteristics of the droplet gasification. The amplitude of the response increases with increasing pressure, and the magnitude of the vaporization response increases with the frequency.
액적 발생기는 Rayleigh의 액적 분열 이론에 기초한 액적 발생기가 주류를 이루고 있으며, 모세관 액주의 진동 방법에 따라 여러가지 액적 발생기가 고안되었다. 현재는 액전 발생의 표준장비로 VOAG(Vibrating Orifice Monodisperse Aerosol Generate)가 사용되고 있다. 단일 액적을 사용한 연소실험에는 적하방법이나 필라멘트에 매달린 액적을 분리하여 사용하는 방법이 더 효과적임을 알았다 단일 액적을 분리하는 방법은 액적을 대전시켜 액적 흐름에서 단일 액적을 분리하는 방법을 사용한다.
The droplet ejection process driven by an evaporating bubble in a thermal inkjet printhead is investigated by numerically solving the conservation equations for mass, momentum and energy. The phase interfaces are tracked by a level set method which is modified to include the effect of phase change at the interface and extended for multiphase flows with irregular solid boundaries. The compressibility effect of a bubble is also included in the analysis to appropriately describe the bubble expansion behaviour associated with the high pressure caused by bubble nucleation. The whole process of bubble growth and collapse as well as droplet ejection during thermal inkjet printing is simulated without employing a simplified semi-empirical bubble growth model. Based on the numerical results, the jet breaking and droplet formation behaviour is observed to depend strongly on the bubble growth and collapse pattern. Also, the effects of liquid viscosity, surface tension and nozzle geometry are quantified from the calculated bubble growth rate and ink droplet ejection distance.
Despite its benefit in engine thermal efficiency, gasoline-direct-injection (GDI) engines generate substantial particulate matter (PM) emissions compared to conventional port-fuel-injection (PFI) engines. One of the reasons for this is that the spray collapse caused by the spray-to-spray interaction forms the locally rich fuel-air mixture and increases the fuel wall film. Previous studies have investigated the spray collapse phenomenon through the macroscopic observation of spray behavior using laser optical techniques, but it is somewhat difficult to understand the interaction between sprays that is initiated in the near-nozzle region within 10 mm from the nozzle exit. In this study, the spray structure, droplet size and velocity data were obtained using an X-ray imaging technique from the near-nozzle to the downstream of the spray to investigate the spray-to-spray interaction and discuss the effects of spray collapse on local droplet size and velocity distribution. It was found that as the ambient density increases, the spray collapse was promoted due to the intensified spray-to-spray interaction, thereby increasing the local droplet size and velocity from the near-nozzle region as a result of droplet collision/coalescence.
This paper describes the macroscopic behavior and atomization characteristics of the high-pressure gasoline swirl injector in direct-injection gasoline engine. The global spray behavior of fuel injector was visualized by shadowgraph technique. The atomization characteristics of gasoline spray such as mean diameter and mean velocity of droplets were measured by the phase Doppler particle analyzer system. The macroscopic visualization and experiment of particle measurement on the fuel spray were investigated at 7 and 10 MPa of injection pressure under different spray cone angle. The results of this work show that the geometry of injector was more dominant over the macroscopic characteristics of spray than the fuel injection pressure and injection duration. As for the atomization characteristics, the increase of injection pressure resulted in the decrease of fuel droplet diameter and the atomization characteristics differed as to the spray cone angle. The most droplets had under $25{\mu}m$ diameter and for the large droplets(upper $40{\mu}m$) as the spray grew the atomization presses were very slow. Comparison results between the measured droplet distribution and the droplet distribution functions revealed that the measured droplet distribution is very closed to the Normal distribution function and Nukiyama-Tanasawa's function.
This paper describes an experimental study on the droplet formation and the subsequent motion in a microchannel having a cross junction. While one kind of liquid (pure water or water-surfactant mixture) is drawn into a horizontal inlet channel, the other kind (oil) is introduced through two vertical inlet channels. Due to the effect of surface tension on the interface between the two fluids, the droplets of the first fluid are formed near the cross junction. In this study, we have found that the droplet formation is affected even by slight difference in the surface tension. When the surface tension between two fluids is decreased, the droplet size is decreased in order to keep the equilibration between the pressure and the surface tension. In addition, the time interval between each of the droplet formations is decreased and the distance between droplets is also decreased when the surface tension is decreased.
The soot formation characteristics of various alkane-based single fuel droplets were studied in this work. Also, This study was performed to provide the database of the soot behavior and formation of alkane-based single fuel droplet. The experimental conditions were set to 1.0 atm of ambient pressure ($P_{amb}$), 21% of oxygen concentration ($O_2$) and 79% of nitrogen concentration ($N_2$). Combustion and soot formation of single fuel droplet was visualized by visualization system with high speed camera. At the same time, ambient pressure, oxygen concentration and nitrogen concentration were maintained by ambient condition control system. Soot formation characteristics was analyzed and compared on the basis of intensity ratio ($I/I_0$) of background image. The results of toluene fuel droplet showed the largest soot generation. Soot volume fraction ($f_v$) was almost the same under the identical fuel types regardless of various initial droplet diameter ($d_0$) since thermophoretic flux was not much changed under the same ambient conditions.
In this study, the behavior of the droplet colliding with parallel wires was analyzed by time-delay photography. The impact behavior modes and the critical capture speed were analyzed by changing fluids, the droplet velocity, the wire diameter and the distance between wires. Seven typical modes of impacting droplet on parallel wires were observed. The tendency of mode change was generally similar when the wire diameter was changed, but the increase of the wire diameter caused the increase of the droplet velocity at which the mode changed. The modes at the highest droplet velocity were the splitting mode when the wires were closest, the passing and splitting mode in the middle, and the passing mode when the wires were farthest apart. The critical capture speed increased as the wire diameter increased and the distance between wires decreased. The ethanol droplet showed the lowest critical capture speed.
In order to improve the overall efficiency and meet the emission regulations of boiler systems, the heat exchanging methods between inlet air and exhaust gas have been used in boiler systems, named as the waste-heat-recovery condensing boiler. Recently, to further improve the overall efficiency and to reduce the NOx emission simultaneously, the concept of the water injection into the inlet air is introduced. This study suggests the models for the optimized design parameters of water injection for waste-heat-recovery condensing boilers and performs the analysis regarding the water injection amount and droplet sizes for the optimized water injection. At first, the required amount of the water injection was estimated based on the 1st law of thermodynamics under the assumption of complete evaporation of the injected water. The result showed that the higher the inlet air and exhaust gas temperature into the heat exchanger, the larger the amount of injected water is needed. Then two droplet evaporation models were proposed to analyze the required droplet size of water injection for full evaporation of injected water: one is the evaporation model of droplet in the inlet air and the other is that on the wall of heat exchanger. Based on the results of two models, the maximum allowable droplet sizes of water injection were estimated in various boiler operating conditions with respect to the residence time of the inlet air in the heat exchanger.
In this study, the evaporation characteristics of water or nanofluid droplets on a heated surface was investigated by visualization of the evaporation process and evaluation of the heat transfer coefficient using the droplet temperature measured. The evaporation characteristics was compared between water and nanofluid droplets and the effects of the mass ratio of nanofluid and the inclination of heated surface were analyzed. The heat transfer rate of nanofluid droplet was higher than that of water droplet. The heat transfer coefficient was increased with the increase of the mass ratio of nanofluid. The effect of the inclination of heated surface was much higher than that of fluid type used, which indicates that the inclination of heated surface should be considered as one of influential parameters in the spray cooling process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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