The focus of this work is placed on the analysis of the mixture formation mechanism under the evaporative diesel spray of impinging and free conditions. As an experimental parameter, ambient gas density was selected. Effects of density variation of ambient gas on liquid and vapor-phase inside structure of evaporation diesel spray were investigated. Ambient gas density was changed between ${\rho}a=5.0\;kg/m^3$ and $12.3\;kg/m^3$. In the case of impinging spray, the spray spreading to the radial direction is larger due to the decrease of drag force of ambient gas in the case of the low density than that of the high density. On the other hand, in the case of free spray, in accordance with the increase in the ambient gas density, the liquid-phase length is getting short due to the increase in drag force of ambient gas. In order to examine the homogeneity of mixture consisted of vapor-phase fuel and ambient gas in the spray, image analysis was conducted with statistical thermodynamics based on the non-dimensional entropy (S) method. In the case of application of entropy analysis to diesel spray, the entropy value always increases. The entropy of higher ambient density is higher than that of lower ambient gas density during initial injection period.
In this paper a numerical study was performed for the effect of the wall curvature on the behaviors of fuel sprays impinging on the concave Surface. Actually, in the real diesel engines, a piston head has a curved shape for the purpose of the controlling the movement of fuel droplets and the mixture formation. For past decades, although many experimental and numerical works had been performed on the spray/wall impingement phenomena, the curvature effect of impinged wall was rarely investigated. The wall curvature affects on the behaviors of the secondary droplets generated by impingement and the concave wall obstructs the droplets to advance from the impinging site to outward. In present study, the simulation code was validated for the flat surface case and three cases of the different curvature were calculated and compared with the flat surface case for several parameters, such as the spray radius, the spray height and the position of vortex center of gas phase. The simulation results showed that the radial advance of the wall spray and the vortex is decreased with increasing the curvature. It was concluded that the curvature of the impinged wall significantly affects the behaviors of both the gas-phase and the droplet-phase.
Recently, study on the improvement of combustion performance for the diesel engine by using the impinging spray in the combustion chamber has been actively studied. The purpose of this study is to examine the variation of exhaust emission between the trial engine with impinging plate and the prototype engine in accordance with change of fuel injection timing and fuel injection pressure. The concentration of nitrogen oxide of trial engine decreased more than 50% compared to prototype engine. However, smoke of trial engine indicated very high concentration compared to prototype engine. The effect of fuel injection timing on the nitrogen oxide and smoke indicated different results, that is, the concentration of nitrogen oxide decreased as the degree of fuel injection start become slower, whereas the concentration of smoke decreased as the degree of fuel injection start become faster.
The characteristics of instantaneous wall-surface temperature of impinging plate in case of ultra high pressure injection have been measured and analyzed by using thin film instantaneous temperature probe and ultra high pressure injection equipment. The decreasing rate of temperature was greater in case of higher temperature of impinging plate. Temperature drop was largest at center of piston and it was slight for others. Instantaneous temperature decreases rapidly with increasing injection pressure. But above 2,500bar of injection pressure, the decreasing rates are slightly affected by increasing injection pressure.
젤(gel) 추진제는 고체 및 액체 추진 시스템의 장점 중 높은 비추력, 저장성, 추력 제어, 비독성, 누설 방지와 같은 특성으로 고성능 추진 시스템에 활용되어 지능형 전략 미사일 또는 발사체의 부스터 및 여러 추진 시스템에 사용될 수 있다. 젤 모사 추진제는 물, Carbopol 941, NaOH 농축액을 혼합하여 제작되었으며, 물과 젤 모사 추진제를 충돌형 인젝터에서 분사시켜 분무 특성을 고찰하였다. 젤 모사 추진제의 충돌 분무에 의해 나타난 긴 액막(liquid sheet)은 강한 상호 분자력에 관련한 중합(polymeric)효과를 나타낸다. 물 분사와 비교했을 때 젤 모사 추진제의 미립화 억제와 난류 천이 지연에 관련된 높은 점도로 인하여 저조한 미립화 특성과 좁은 범위의 분무각을 나타내었다.
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$\_$10/)$\_$D//(D$\_$10/)$\_$c/ value under the assumptions of two identical droplets and these with different size and velocity. The droplets with low Weber numbers below 40 have possibility to coalesce, while those over 40 tend to disintegrate after impingement in the interaction area.
Gelled propellants are non-Newtonian fluids in which the viscosity is a function of the shear rate, and they have a high dynamic shear viscosity which depends on the amount of gelling agent contents. The present study has focused on the breakup process, wave development of ligament and liquid sheets formed by impinging jets with various gelling agent contents. The breakup process of like-on-like doublet impinging jets are experimentally characterized using non-Newtonian liquids. The spray shape with elliptical pattern is distributed in a perpendicular direction to the momentum vectors of the jets. Gelled propellant simulants with high viscosity jets are more stable and produce less pronounced surface waves than low viscosity jets. Gelled propellant simulants from like-on-like doublet impinging jets have the spray shape of closed rim patterns at low pressure. As the injection pressure increased, rimless patterns which were composed of ligament sheets and small droplets emerged due to the effect of the aerodynamic action.
This paper presents turbulent characteristics of an impinging F-O-O-F type injector in which fuel ad oxidizer impinge on each other to atomize under the different momentum ratio. Water was used as an inert simulant liquid instead of fuel and oxidizer. The droplet size and velocity in the impinging spray flow field were measured using a PDPA. The gradient of the spray half-width(b$_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.
본 논문에서는 충돌형 분사기를 이용하여 수직분사 실험을 진행하였으며, 기존의 단공 오리피스의 분사기와 비교하여 분무특성에 어떠한 변화가 있는지 실험적으로 연구하였다. 또한 동일 오리피스 길이 대 직경비(L/d = 5)를 갖는 분사기를 바탕으로 충돌각(60, 90, 120)의 변화에 따른 액체 분무특성을 파악하였다. Top view의 기준 방향으로 y 방향에서의 분열길이 결과를 보면, 충돌각이 증가할수록 분열길이가 전체적으로 감소함을 알 수 있었다. 반면에 충돌형 분사기를 side view 기준으로 보았을 때, x 방향에서의 분열길이는 이전 단공노즐에서의 분열길이보다 더욱 감소하였으며, 이는 단공노즐의 분사기보다 충돌형 분사기의 미립화 성능이 우수함을 의미한다.
Liquid phase mixing of impinging injector is a resultant byproduct from the momentum exchange between a pair of impinging jets and penetration of opponent jet. Principal aim of the present study is revealing the liquid phase mixing mechanism of split triplet impinging injection sprays, and thus extending our understanding on this particular injection element. Overall mixing extent is estimated from patternation tests by the use of purified tap water and kerosene to simulate the real propellant components, respectively, and with the liquid jet momentum ratio, a controlling mixing parameter, in the range of 0.5 to 6.0. Emphasis is placed on the effect of liquid sheet superposition and disintegration, and the results with detailed spray visualization revealed the fact that superposed liquid sheet disintegration is the main pathway of liquid phase mixing of split triplet impinging injector to yield enhanced mixing qualities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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