액체 연료 분포의 균일성과 대칭성은 연소 효율을 높이고, 공해 물질을 줄이는데 있어서 필수적인 요소이기 때문에 분무 패턴을 정량적으로 해석하는 것은 매우 중요하다. 고전적으로 사용되고 있는 mechanical patternator는 ⅰ) 유동을 교란시키고, ⅱ) 공간 분해능이 떨어지며, ⅲ) 복잡한 재순환 유동이나 화학 반응이 있는 유동에서의 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 레이저를 이용한 optical patternator에 대한 연구가 진행되고 있다. Optical patternator는 유동을 교란시키지 않으면서 고해상도의 분무 패턴 측정을 할 수 있다. 형광 신호는 물질의 체적에 비례한다. 따라서, 레이저 평면광을 분무에 조사시켜 주어서 유도되는 형광 신호를 이용하는 평면액체 레이저 유도 형광법(PLLIF : Planar Liquid Laser Induced Fluorescence)은 분무패턴을 알아보는 매우 유용한 방법이다.
Impinging angle, impinging distance, length eve. diameter and injection pressure of a triplet injector were tested to evaluate the spray characteristics injected by liquid/gas combinations. Two different kinds of unlike triplet sprays were produced by changing the gas and liquid feed lines. One was the G-L-G(Gas-Liquid-Gas) type, and the other was L-G-L(Liquid-Gas-Liquid) type. Spray angles were wider with the G-L-G type than with L-G-L type. Mass distributions in spray were obtained with a, mechanical patternator. Mass distributions were not circular but elliptical distributions. When the range of mechanical patternator to injector decreased, mass distributions were more concentrated in the center region.
The mixing of fuel and oxidizer and each mass distribution of unlike split triplet(F-O-O-F) injector for liquid rocket which are known to affect the combustion efficiency significantly, has been investigated using PLLIF technique. Experiment is conducted to investigate the effect of mixture ratio(MiR), momentum ratio(MoR) and impinging angle on mixing efficiency. The mixing efficiency, which is introduced by Rupe, gives the global chracteristic of spray mixing. Experiment far comparison with triplet injector(F-O-F), which has same momentum ratio and impinging angle with split triplet injector is conducted.
In this experimental study, measurement techniques such as backlight imaging, optical patternator, and laser sheet drop sizing were applied to characterize open-type swirl injector used in Russian liquid rocket engine, RD 107. The typical development of swirl spray was observed in backlight images. The breakup length was measured by using the ratio between Mie scattering and fluorescence signal. Relative Sauter Mean Diameter was measured by using laser sheet drop sizing and the possible source of errors were discussed.
기체와 액체 추진제를 사용하는 동축형 분사기의 분무특성을 조사하기 위하여 shadow graph와 mechanical patternator, PDPA를 이용한 실험을 수행하였다. 차원해석 방법을 도입하여 운동량 플럭스 비(M)와 레이놀즈 수(Re)를 기체/액체 동축형 분무의 주요 변수로 설정하였고, 실험을 통하여 전단 및 스월 동축형 분무의 특성을 거시적 및 미시적 관점에서 비교분석하였는데, 기체 추진제의 영향력이 커지는 분사조건에서 전단 및 스월 동축형 분무의 거시적 특성이 유사해짐을 확인할 수 있었다. 또한, 본 연구에서는 미시적 분무특성에 대한 분석 결과로서 분무액적 크기와 분사조건 사이의 관계식도 제시하였다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제14권4호
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pp.398-407
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2013
Optical tomography was used to measure the pattern of spray cross-section. The maximum-likelihood estimation (MLE) algorithm was used to reconstruct the spray cross-section from the measured transmission rate of the spray. A swirl-type injector was used to form an optically dense spray, and the test was carried out in a high-pressure chamber, to control the pressure condition of the test site. Before the experiment, the reliability of the MLE-based reconstruction algorithm was verified, by comparing it with a conventional filtered back projection reconstruction (FBP) method. The MLE algorithm showed superior reconstruction of the image. In the spray patternation experiment, the results of the optical tomography and optical line patternator, which uses Mie scattering signal information, were compared. While measuring the cross-section of optically dense spray, the intensity of the scattering signal had attenuated to an uncorrectable level, which led to incorrect spray pattern measurement by the optical line patternator. However, reliable results were obtained by optical tomography, under the same condition. Finally, the pattern of the optically dense spray was measured at various chamber pressures, of up to 3 MPa. As the chamber pressure increased, the hollow cone-shaped swirl spray shrank, and the attenuation coefficient value of the inner region increased.
실물형 Unlike 충돌형 triplet 분사기인 F-O-F형과 O-F-O형의 분무특성 및 혼합특성을 실험적으로 알아보았다. 각각의 분사기에 대해 산화제와 연료의 운동량비의 변화에 따라 분무형상과 케로신/물을 이용한 혼합효율을 측정하였다. 분무형상은 Stroboscope와 CCD camera를 이용한 직접사진기법으로, 혼합효율은 Mechanical Patternator를 이용하였다. O-F-O형 분사기가 미립화 특성이 우수함을 알 수 있었고, 운동량비가 증가함에 따라 혼합효율이 급격히 감소함을 알 수 있었다.
Duplex Type의 2-유체 공기충돌형 Swirl 인젝터의 분무특성을 파악하고자 유체공급압력 0~13kg/$\textrm{cm}^2$ 범위에서 유량계수, 등가 분산각, 질량분포를 실험적으로 구하였다. 일반적으로 기체의 총 유량이 증가할수록 미립화는 촉진되나 반경방향 유량이 많은 경우에 분무형상은 비교적 안정적이었으며, 축방향 보다는 반경방향 선회기가 미립화에 미치는 영향이 컸다. 3kg/$\textrm{cm}^2$을 제외하고는 물 유량이 증가함에 따른 등가 분산각의 변화는 미소하였고, 기체의 유량증가도 마찬가지였다. Patternator를 사용한 질량 분포는 반경방향 기체유량이 증가함에 따라 분포곡선의 최대점은 낮아지면서 더 넓은 영역에 걸쳐 분포하였고, 물 유량의 증가에 따른 질량중심점의 위치는 변화가 없었다.
'Backhole' is an extra empty volume where is located behind the tangential entries at the rear par of the vortex chamber in the swirl coaxial injector. With the backhole, there are three major hydraulic characteristics. First, mass flow rate is increased about $15{\%}$ compared with the case without the backhole. Second, with the backhole, the center region of the injected flow has more large volume than that of without the backhole. The last, some range of the cone angle can be controlled by the backhole Experiments are conducted by using a PDPA apparatus, a mechanical patternator, stroboscopic photography and etc. With the backhole, based on cold-flow tests, the model swirl injector has some Improvement in its performance.
In the analysis of the mass distribution and SMD (Sauter Mean Diameter), planar laser imaging technique Is a convenient and useful one when compared to the mechanical patternator or PDPA (Phase Doppler Particle Analyzer). But for the accurate usage of this laser technique, it is required to compensate the signal attenuation and to find the attenuation coefficients. In the present research, we considered effects of the spray distributions on the attenuation coefficient and improved the accuracy of planar laser imaging technique by the reduction of errors issuing from the signal attenuation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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