Experimental and analytical researches have been conducted on the twin-fluid atomizers for better droplet breakup during the past decades. But, the studies on the disintegration mechanism still present a great challenge to understand the drop behavior and breakup structure. In an effort to describe the aerodynamic behavior of the sprays issuing from the internal mixing counter-swirling nozzle, the spatial distribution of axial (U) radial (V) and tangential (W) components of droplet velocities are investigated across the radial distance at several axial locations of Z=30, 50, 80, 120 and 170mm, respectively. Experiments were conducted for the liquid flow rates which was kept constant at 7.95 g/s and the air injection pressures were varied from 20 kPa to 140 kPa. Counter-swirling internal mixing nozzles manufactured at angles of $15^{\circ},\;30^{\circ},\;45^{\circ}$ and $60^{\circ}$ the central axis with axi-symmetric tangential-drilled holes was considered. The distributions of velocities and turbulence intensities are comparatively analyzed. PDPA is installed to specify spray flows, which have been conducted along the axial downstream distance from the nozzle exit. Ten thousand of sampling data was collected at each point with time limits of 30 second. 3-D automatic traversing system is used to control the exact measurement. It is observed that the sprays with all swirl angle have the maximum SMD for on air injection pressure of 20 kPa and 140 kPa with centerline, respectively. The nozzle with swirl angle of $60^{\circ}$ has vest performance.
This study describes the external spray characteristics of deflector nozzle such as the breakup procedures of liquid sheet, spray angle, discharge coefficient and bubble behaviors of spray and SMD at deflector nozzle. In order to visualize the spray behaviors shadow graphy technique were used. According to the increase of injection pressure, development of the spray passes through the dribbling, distoted jet, closed bubble due to the contraction by surface tension forces, the bubble opens into hollow tulip shape, and the curved surface straightened to form a conical sheet like as the simplex swirl atomizer. Spray cone angle was nearly 90 deg. Variations of SMD were examined in order to describe the dependency of SMD on the injection pressure and orifice diameter. The shape of deflector and oriffice diameter had an effect on the discharge coefficient.
Experimental study on combustion characteristics of double swirl coaxial injectors has been conducted for the assessment of critical design parameters of injectors. A subscale thrust chamber has been fabricated with a water-cooled copper nozzle, which allows a chamber to be reused without replacing parts. Two different designs of injectors have been tested for the understanding of the effects of recess length on combustion. Clearly, the recess length drastically affects the combustion efficiency and hydraulic characteristics of the injector. Internal mixing of propellants in the injector with the recess number of two increases a combustion efficiency and reveals sound combustion although a pressure drop required for the similar amount of mass flow rates increases compared with the injector of the recess number of one.
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.
Accuracy of gas flow measurements using sonic nozzle and factors which influence on the discharge coefficients of sonic nozzle are investigated with high pressure gas flow standard measurement system. The gas flow measurement system comprises two compressors, storage tank, temperature control loop, sonic nozzle test section, weighing tank, gyroscopic scale and data acquisition system. The experiments are performed at various nozzle throat diameter and inlet pressure. Overall uncertainty of discharge coefficients is estimated to less than .+-.0.2% and most of experimental data fall into this range. Dependence of discharge coefficients on the Reynolds number is good agreement with those suggested in ISO document. The influence of swirl on the discharge coefficients becomes greater as the nozzle throat diameter is enlarged. The discharge coefficient of conical nozzle shows about 4.5% lower discharge coefficients than those of toroidal nozzle, but variation trend with Reynolds number is very similar each other and reproducibility of data is very good.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part 1
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pp.4-5
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2006
An update and the latest results on molten metal atomization using a Pressure-Gas-Atomizer will be given. This atomizer combines a swirl-pressure atomizer, to generate a liquid hollow cone film and a gas atomizer to atomize the film and/or the fragments of the film. The paper is focused on powder production, but this atomization system is also applicable for deposition purposes. Different alloys (Sn, SnCu) were atomized to study the characteristics of the Pressure-Gas-Atomizer.
The near field structures of an under-expanded, dual, coaxial, jets issuing from the coaxial nozzles with four different geometries are visualized by using a shadowgraph optical method. Experiments are conducted to investigate the effects of the nozzle-lip thickness, secondary stream thickness, the nozzle pressure ratio and the secondary swirl stream on the characteristics of under-expanded jets. The results show that the presence of secondary annular swirling stream causes the Mach disk to move further downstream and increases its diameter, which decreases with a decrease in the nozzle-lip thickness. The secondary stream thickness has an influence on the location of an annular shock wave.
Experimental study on combustion characteristics of double swirl coaxial injectors has been conducted for the assessment of critical injector design parameters. A reusable, unielement thrust chamber has been fabricated with a water-cooled copper nozzle. Two principle design parameters, a swirl angle and a recess length, have been investigated through hot firing tests for the understanding of their effects on high pressure combustion. Clearly, both parameters considerably affect the combustion efficiency, dynamics and hydraulic characteristics of an injector. Internal mixing of propellants in a recess region increases combustion efficiency along with the increase of a pressure drop required for flowing the same amount of mass flow rates. It is concluded that pressure buildup due to flame can be released by the increase of LOx flow axial momentum or the reduction of a recess length. Dynamic pressure measurements of the thrust chamber show varied dynamic behaviors depending on injector configurations.
본 연구에서는 압력 선회형 인젝터를 이용한 모사 젤 추진제의 분무실험을 수행하여 젤화제 첨가량에 따른 분무특성을 파악하였다. 실험을 통해 인젝터 내부의 공기층이 노즐에 국부적으로 형성되며 점차 와류실까지 확장되는 것을 확인하였으며 뉴턴 유체의 공기층 발달과정과 형상학적으로 유사한 경향성을 보였다. 분무형상은 4개의 유형으로 구분하였으며, 이를 공기층의 형성과정과 연관하여 형상학적으로 분석하였다. 분무형상을 바탕으로 일반화된 레이놀즈수, 웨버수 및 오네소지수와 같은 무차원 수에 따라 분열영역을 구분하였다. 추후 분무성능에 영향을 미치는 와류실 형상변화에 따른 공기층의 형상과 안정성, 이에 따른 분무특성에 관한 연구가 추가로 필요할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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