Park, Ji-Hong;Suh, Hyun-Kyu;Park, Sung-Wook;Kim, Jae-Wook;Lee, Chang-Sik
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.1
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pp.17-24
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2006
This study was performed to figure out spray behavior and fuel atomization characteristics of a piezo-driven injector and a solenoid-driven injector in the common-rail injection system under the same design parameters and test conditions. The process of spray injection was visualized by using the spray visualization system composed of a Nd:YAG laser and an ICCD camera. The atomization characteristics were investigated in terms of axial mean velocity, Sauter mean diameter(SMD) and droplet distributions obtained from a phase Doppler particle analyzer system. Compared with solenoid-driven injector, the piezo-driven injector has short injection delay and reaches quickly to the maximum injection value. Spray tip penetration shows some difference, however, spray angle of piezo-driven injector is wider than that of solenoid-driven injector. Sauter mean diameter of piezo-driven type injector is smaller than that of solenoid-driven type.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.4
no.1
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pp.26-33
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2003
Recess is a geometrical configuration shape that the exit surface of an inner injector is located at a certain length inward from that of an outer injector. It is known to have the characteristics that it can augment mixing efficiency and flame stabilization through internal mixing of propellant in it. So, various experiments, such as backlit stroboscopic photography, phase Doppler particle analyzer(PDPA) and mechanical patternator, were performed at several recess lengths to grasp its effect on the spray characteristics of spray angle, breakup length, atomization and' mixing. Recess length was normalized to dimensionless recess number and two principal mechanisms of impingement and swirl recovery were introduced to explain its influence on the spray characteristics. The effect of recess on SMD doesn't appear significantly near the recess number where mixing efficiency attains to the maximum, whereas mass distribution and mixing efficiency are changed considerably. Thus, it can be inferred that a certain optimum recess number exists, where mixing efficiency becomes the maximum.
This paper presents the effects of ambient pressure on atomization characteristics of high-Pressure injector in a direct injection gasoline engine both experimentally and numerically. The atomization characteristics such as mean droplet size, mean velocity, and velocity distribution were measured by phase Doppler particle analyzer. The spray development, spray penetration, and global spray structure were visualized using a shadowgraph technique. In order to investigate the atomization process numerically, the LISA-DDB hybrid model was utilized. This breakup model assumes that the primary breakup occurs when the amplitude of the unstable waves is equal to the radius of the ligament of liquid sheet near the nozzle and the droplet deformation induces the secondary breakup. The results provide the effect of ambient pressure on the macroscopic and microscopic behaviors such as spray development, spray penetration, mean droplet size, and mean velocity distribution. It is also revealed that the accuracy of prediction of LISA-DDB hybrid model is pretty good in terms of spray developing process, spray tip penetration, and SMD distribution.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.6
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pp.70-76
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2005
A new stratified charge combustion system has been introduced and developed for GDI engines. Before this new GDI system, the stratified mixture was formed by a high pressure swirl injector. But, the special feature of new system is employed of a thin fan-shaped fuel spray formed by a slit type nozzle. Also, this system has been adopted a shell-shaped piston cavity. We made high pressure gasoline injection system and investigated the fan-shaped spray characteristics such as spray tip penetration, spray angle, SMD and velocities of droplets using PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) system and spray visualization system to obtain the concept of the new design and the fundamental data for the next generation GDI system. The experiment was performed at the injection pressures of 5 and 9MPa under the atmospheric condition.
Park, Jeonghyun;Ro, Seungcheon;Chang, Mengzhao;Park, Suhan
Journal of ILASS-Korea
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v.25
no.4
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pp.154-161
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2020
A single spray plume is the basic unit of the entire spray plume and is an important factor in understanding the spray characteristics. However, since the multi-hole GDI injector has a narrow spray angle, the superposition of the spray plumes occurs severely. Therefore, the spray uniformity and the spray atomization characteristics of a single spray plume were analyzed in this study using a single-hole GDI injector. Five single-hole GDI injectors with different nozzle hole diameters were used in the experiment. The uniformity of the spray was evaluated through the analysis of the spray pattern images. In addition, the atomization characteristics were compared using the diameter distribution of the spray droplets obtained using PDPA. As a result, the larger diameter of the nozzle hole, the less uniformity of the spray, and the injection pressure did not have a significant effect on the spray uniformity. It is judged that the surface roughness of the injector has a greater effect on spray uniformity than the diameter of the nozzle hole. Also, the size of the spray droplets increased sharply when the diameter of the nozzle hole was 230 ㎛.
Spray drift of agricultural nozzles has become a big issue because it causes low precision targeting and environmental pollution. In order to reduce the spray drift, study spray characteristics of agricultural nozzles is virtually important. In this study, shadowgraph and Mie-scattering visualization techniques were used to study the macroscopic spray and atomization characteristics of an agricultural nozzle. PDPA was used to measure the atomization characteristics of spray. The injection pressure is set to 1 bar, 3 bar and 5 bar, which covers the working range of the nozzle. For the PDPA experiment, 75 points were measured in an area of 160 mm × 120 mm at 10 mm intervals directly below the nozzle to grasp the overall atomization characteristics of the spray. It was found that the spray width and sheet width showed a linear correlation. As the injection pressure increased, the sheet expansion in the 0-degree direction and the sheet swing in the 90-degree direction jointly promoted the breakup of the sheet. In addition, the area close to the central axis had a large droplet velocity, and since a large droplet velocity promoted atomization of spray, the area close to the central axis had a smaller spray droplet diameter than the left and right regions.
In this paper, the atomization characteristics of bi-swirl coaxial injectors for a 420 N-class bipropellant thruster were investigated. Three types of injectors, namely closed-type, open-type, and screw-type, were manufactured and designed to have the same spray angle and injection pressure drop. Water was used as a simulant, and cold-flow tests were conducted under ambient temperature and pressure conditions. Since the inner and outer injectors were designed to be the same type, only the inner fuel injectors that were easy to measure were used. Using a phase doppler particle analyzer, the velocity and diameter of atomized droplets were measured. Closed-type swirl injector exhibited droplet distributions with relatively high velocities and small SMD compared to the other two injectors. Open-type swirl injector formed droplets with reverse velocities in the center region and had a large recirculation zone. Screw-type swirl injector showed a sharp decrease in droplet velocity and size with radial distance from the liquid film breakup point. For the same design requirements, the closed-type swirl injector has superior atomization performance.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.1
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pp.29-36
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2008
Spray characteristics for APU gas turbine engine are investigated. In the test, four flight conditions such as sea level idle, sea level max power, 20,000 feet idle, 20,000 feet max power are used as spray experimental conditions. Spray visualization was performed by using ND-YAG laser bean PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) was used for measuring the particle diameter and velocity from 20 mm to 100 mm from discharge orifice. From the test result, SMD is $90{\sim}95\;{\mu}m$ 맛 20,000 ft idle condition and SMD is $60{\sim}75\;{\mu}m$ at sea level idle condition. Also SMD is $55{\sim}65\;{\mu}m$ at 20,000 ft max power condition and SMD is $30{\sim}70\;{\mu}m$ at sea level max power condition. In the case of 20,000 ft idle condition, combustion instability could be occurred due to the higher drop diameter. Therefore it is necessary to decrease the droplet diameter in the high altitude condition.
A PLLIF (Planar Liquid Laser Induced Fluorescence) technique has been known to be a useful tool for the measurement of the spray patterns for various spray injectors because it can obtain two-dimensional images with high spatial resolutions without any intrusion on the spray field. In case of dense spray, however, the secondary emission as well as the extinction of an incident laser beam or a fluorescence signal can cause errors in quantifying a mass distribution. Unfortunately, a like-doublet injector which has a dense spray zone at the center may not be a good example or the application of the PLLIF technique. Therefore, we took PLLIF data for the like-doublet injector with a 12 bit color CCD camera by varying laser power, and then assessed their accuracy by comparing with the data obtained with a mechanical patternator and a PDPA (Phase Doppler Particle Analyzer). The experimental results showed that the gray level of fluorescence signal increases nonlinearly due to a secondary emission at the dense spray zone but this nonlinearity can be avoided by reducing the incident laser beam power. In addition, the mass flux distribution of the spray could be obtained by using the mass concentration data from PLLIF technique and the velocity profiles of liquid drops, and this distribution showed good agreement with that of mechanical pattemator. Therefore, it is possible that the PLLIF technique can be successfully applied to finding the mass distributions of like-doublet injectors.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.05a
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pp.253-256
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2009
In the micro turbojet engine less than 350kw power class, it is not easy to find out the good atomization fuel injector with good spray quality. However conceptually, rotating fuel injection system can give high atomization quality by only the centrifugal force of a high speed rotating shaft of the engine without high-pressure fuel pump. With this motivation, we manufactured very small rotating fuel injector of 40 mm diameter and performed under a variety of injection orifices. We measured droplet size, velocity and spray distribution by the PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) system. Also spray was visualized by using high speed camera. From the test results, we could understand that the length of liquid column from the injection orifice is mainly controlled by the rotational speeds. Furthermore, droplet size(SMD) is decreased with the rotational speeds and is influenced by the diameter of the injection orifice and liquid film thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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