Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.4
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pp.484-495
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2003
This study investigates the flow characteristics of fuel droplets between twin spray for the 4-hole injector used a 4-valve gasoline engine. The injectors for this study were the three types of 4-hole gasoline injector in which orifice diameter was 0.24mm. The spray behavior of twin spray was investigated by means of visualization employed stroboscope. A PDPA system was employed to simultaneously measure the size and velocity of fuel droplets. The 3 dimensional mean velocities. droplet size distributions, SMD and joint probability density function of velocity and droplet size are analyzed at the center of the spray and the center region of twin spray. As a result, the configurations of injector exit such as orifice interval and length of outlet, are very important factors that affect the flow characteristics of fuel droplets at the center region of twin spray.
The current trend in automotive finishing industry is to use more electrostatic rotating bell (ESRB) need space to their higher transfer efficiency. The flow physics related with the transfer efficiency is strongly influenced by operating parameters. In order to improve their high transfer efficiency without compromising the coating quality, a better understanding is necessary to the ESRB application of metallic basecoat painting for the automobile exterior. This paper presents the results from experimental investigation of the ESRB spray to apply water-borne painting. The visualization, the droplet size, and velocity measurements of the spray flow were conducted under the operating conditions such as liquid flow rate, shaping airflow rate, bell rotational speed, and electrostatic voltage setting. The optical techniques used in here were a microscopic and light sheet visualization by a copper vapor laser, and a phase Doppler particle analyzer (PDPA) system. Water was used as paint surrogate for simplicity. The results show that the bell rotating speed is the most important influencing parameter for atomization processes. Liquid flow rate and shaping airflow rate significantly influence the spray structure. Based on the microscopic visualization, the atomization process occurs in ligament breakup mode, which is one of three atomization modes in rotating atomizer. In the spray transport zone, droplets tend to distribute according to size with the larger drops on the outer periphery of spray. In addition, the results of present study provide detailed information on the paint spray structure and transfer processes.
This paper presents twin spray characteristics of two impinging F-O-O-F type injectors in which fuel and oxidizer impinge on each other to atomize under the various conditions. The droplet size and velocity in the impinging spray flow field were measured using PDPA. The droplet size and velocity were investigated at the mixture ratios of 1.5, 2.0, 2.47 and 3.0 for four injectors in which two single F-O-O-F injectors were arranged at the intervals of 20.8, 31.2, 41.6 and 62.4mm respectively. In general, the arithmetic mean diameter, SMD and standard deviation of droplet size in the interaction area (X=0 and Y=0mm) were smaller, while the axial velocity in the interaction area was slightly higher. An empirical correlation is obtained for the (D$\_$10/)$\_$D//(D$\_$10/)$\_$c/ value under the assumptions of two identical droplets and these with different size and velocity. The droplets with low Weber numbers below 40 have possibility to coalesce, while those over 40 tend to disintegrate after impingement in the interaction area.
This paper presents twin spray characteristics of two impinging F-O-O-F type injectors in which fuel and oxidizer impinge on each other to atomize under the various conditions. The droplet size and velocity in the impinging spray flow field were measured using a PDPA. The droplet size and velocity were investigated at mixture ratios of 1.5, 2.0, 2.47 and 3.0 for four injectors in which two single F-O-O-F injectors were arranged at intervals of 20.8, 31.2, 41.6 and 62.4mm respectively. In general, the arithmetic mean diameter, SMD and standard deviation of droplet size in the interaction area (X=0 and Y=0mm) were smaller. The axial velocity in the interaction area was slightly higher. Considering the behavior of impinged droplets using the We number calculated by using the axial velocity instead of the relative velocity in line C in Fig. 1(b) for four injectors, it is consumed that the We number over 500 had the possibility to disintegrate, and the We number below 500 had it to cohere after impingement of twin spray. The results of this study can be used for the design of a nozzle for liquid propellant rockets.
This paper presents effect of nozzle hole number on atomization characteristic of DME fuel spray using three different type of injector having the hole number of 6, 7 and 8. For this study, PDPA(phase Doppler particle analyzer) experiment was performed in terms of $T_{ASOE}$ under various injection pressure. To compare general trend of atomization characteristic, the law data were ensemble averaged based on $T_{eng}$ of 0.2 ms. Results showed that the droplet diameter in terms of SMD(Sauter Mean Diameter) was reduced as increase in injection pressure. Increasing the number of hole lead to reduce in droplet diameter, but no significant reduction in diameter was observed between hole number of 7 and that of 8. In addition, increasing the number of hole resulted in decrease in droplet velocity which is considered as the effect of reduction in spray momentum due to decreasing of fuel quantity per each hole.
This paper present the diesel fuel spray evolution and atomization performance in a multi-hole nozzle in terms of injection rate, spray evolutions, and mean diameter and velocity of droplets in a compression ignition engine. In order to study the effect of split injection on the diesel fuel spray and atomization characteristic in a multi-hole nozzle, the test nozzle that has two-row small orifice with 0.2 mm interval was used. The time based fuel injection rate characteristics was analyzed from the pressure variation generated in a measuring tube. The spray characteristics of a multi-hole nozzle were visualized and measured by spray visualization system and phase Doppler particle analyzer (PDPA) system. It was revealed that the total injected fuel quantities of split injection are smaller than those of single injection condition. In case of injection rate characteristics, the split injection is a little lower than single injection and the peak value of second injection rate is lower than single injection. The spray velocity of split injection is also lower because of short energizing duration and small injection mass. It can not observe the improvement of droplet atomization due to the split injection, however, it enhances the droplet distributions at the early stage of fuel injection.
With increasing requirements for the less harmful exhaust emissions and the better fuel economy, the conventional injectors in gasoline engines can be replaced by the air shrouded injector in order to provide improved combustion in engine operations. To find out the optimal shape of air shrouded atomizer attached to the conventional injector nozzle, the critical design parameters such as droplet size, fuel and air inlet angles, and injection angles were investigated based on experimental analyses. To explain the characteristics of fuel atomization, these experimental approaches were carried out using a Phase Doppler Particle Analyzer (PDPA) system. The droplet sizes of injected air fuel mixture were obtained by using the beam diffraction phenomenon. In order to improve the atomization effect, the various atomizers were investigated. The Saute. Mean Diameter (SMD) measured at the predetermined locations outside the atomizer represented the performance of fuel atomization. The experimental results show that the design factors and atomization mechanism needed for developing air shrouded injectors. The suggested design parameters in this paper can be a useful reference in the early design stage.
The objective of this work is to analyze the atomization and evaporation characteristics of dimethyl ether(DME) fuel for the application of HCCI diesel engine. In order to investigate the spray behavior of DME fuel, the macroscopic and microscopic characteristics were investigated in terms of spray development, spray tip penetration, impingement time, SMD, and axial mean velocity under the various injection timing and ambient conditions. For the illumination of spray, the spray visualization system was composed of a Nd:YAG laser and an ICCD camera and laser-sheet method was used. The atomization characteristics of DME fuel are analyzed by using phase Doppler particle analyzer (PDPA) system It was reveal that the spray development of DME is slower and rapidly disappeared as elapsed time after start of injection at the same injection duration. The impingement timing of diesel fuel was fester than that of DME fuel. The comparison of spray atomization characteristics in both fuels shows that diesel fuel has a large SMD value that DME.
This paper presents turbulent characteristics of an impinging F-O-O-F type injector in which fuel ad oxidizer impinge on each other to atomize under the different momentum ratio. Water was used as an inert simulant liquid instead of fuel and oxidizer. The droplet size and velocity in the impinging spray flow field were measured using a PDPA. The gradient of the spray half-width(b$_2$) along the long-axis direction declined throughout the entire spray flow field with increasing the momentum ratio from 1.19 to 6.48. However, the gradient of the half-width(b$_1$) along the short-axis direction decreased with increasing the momentum ratio. The turbulence intensity and turbulent kinetic energy were converged into the center of the center of the initial region with increasing the momentum ratio. As the momentum ratio increased from MR=1.19 to MR=6.48, the turbulent shear stress decreased. The results of this study can be used for the design of an impinging type injector for liquid rackets.
An experimental study was carried out to characterize the spray atomization process of micro-machined port fuel injectors with a piezoelectric atomization device, which can generate pressure pulsations through vibration of a piezoelectric transducer. In this study, several types of micro-machined arrays such as 30∼200-microns of hole arrays were tested. Both a dual-stream and a central-port injectors with micro-machined arrays were tested and compared with normal port fuel injectors. The spray visualization was conducted to characterize overall spray structure and phase Doppler particle analyzer (PDPA) system was used to quantify the droplet size and velocity. In addition, the pressure history was recorded by using digitized signal from pressure transducer. The results showed that modulation is effective to the spray atomization for tested injectors and atomization performance depends on injector design factors, orifice sizes, and frequency and power of the modulator. A number of resonance frequencies of the modulator was modified by injector parameters and temperature. In addition, our results suggested that design of sufficient space among holes is critical to avoid droplet coalescence in the multi-hole micro-machined injectors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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