Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.10
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pp.1263-1268
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2014
In this study, the variations of swirl center according to evaluating position have been investigated in a steady flow bench of SI engine. For the experiments, two engine heads with different intake valve angles ($11^{\circ}$ and $26^{\circ}$) were tested in the flow bench by varying the evaluating position (1.75~6.0B) and valve lift (2~10 mm). Particle image velocimetry was used to measure the velocity field inside the engine cylinder. The swirl center position is found with a critical point theory and the intensity of turbulence is calculated from PIV velocity data. The results show that the center of swirl is located closer to the center of cylinder and turbulence intensity is lower, when the intake valve angle is the smaller. It is conventional to evaluate the swirl ratio at 1.75B position in the steady flow bench of SI engine. At this position, however, the distance of swirl center from the cylinder center scatters significantly for the variation of valve lift, and the turbulence intensity is much stronger regardless of the valve angle. Thus, to estimate the flow at the end of compression stroke in a real engine from the data in the steady flow experiments, the evaluation position should be moved further downstream more than 4.5B.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.1
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pp.139-147
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2015
This paper is the second investigation on the evaluation methods of flow characteristics in a steady flow bench. In the previous work, several assumptions used in the steady flow bench were examined and it was concluded that the assumption of the solid rotation might cause serious problems. In this study, intake valve angle is selected as a main parameter for the assessment because the main flow direction to cylinder governed by this angle has the strongest influence on the in-cylinder flow pattern. For this purpose, four heads, which have the different angle, are prepared and the flow characteristics are estimated both by the conventional impulse swirl meter and a particle image velocimetry at 1.75 times bore position apart from the cylinder head, which is widely used plane in the steady flow measurement. The results show that both of the eccentricity and the velocity profile distort the flow characteristics when using the ISM at 1.75 plane, however, the effects of two factors act in the opposite direction. In addition, the profile's influence is much greater than that of the eccentricity.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.1
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pp.88-96
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2015
This paper is the first investigation on the evaluation methods of flow characteristics in the steady bench. For this purpose, several assumptions used in the steady flow evaluation are examined, comparing the measured and/or processed results by the conventional impulse swirl meter with the ones by the real velocity through a particle image velocimetry. The results show that the most questionable assumption is the solid rotation of swirl. With regard to this assumption, the flow characteristics by the conventional methods are distorted seriously by both of the eccentricity of the swirl center and non-uniform velocity profile along the cylinder radial direction. In addition, the cylinder axial velocity distribution also has the great effect on the flow characteristics.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.25
no.2
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pp.179-189
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2017
This paper is the fifth investigation on the methods of evaluating flow characteristics in a steady flow bench. In previous studies, several assumptions used in the steady flow bench were examined and it was concluded that the assumption of the solid rotation may lead to serious problems. In addition, though the velocity profiles were improved as the measuring position went downstream, the distributions were far from ideal regardless of the valve angle and evaluation position. The eccentricities were also not sufficiently small to disregard the effect on impulse swirl meter (ISM) measurement. Therefore, the effect of these distribution and eccentricity changes according to the positions needs to be analyzed to discuss the method of flow characteristics estimation. In this context, the effects of evaluation position on the steady flow characteristics were studied. For this purpose, the swirl coefficient and swirl ratio were assessed and compared via measurement of the conventional ISM and calculation based on the velocity by particle image velocimetry(PIV) from 1.75B, 1.75 times bore position apart from the cylinder head, to the 6.00B position. The results show that the swirl coefficients by ISM strictly decrease and the curves as a function of the valve lift become smooth and linear as the measuring position goes downstream. However, the values through the calculation based on the PIV are higher at the farther position due to the approach of the tangential velocity profile to ideal. In addition, there exists an offset effect between the velocity distribution and eccentricity in the low valve lift range when the coefficients are estimated based on the swirl center. Finally, the curve of the swirl ratio by ISM and by PIV evaluation as a function the measuring position intersect around 5.00B plane except at $26^{\circ}$ valve angle.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.4
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pp.1-6
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2003
Steady flow bench test is a practical, powerful and widely used in most engine manufacturers to give a design concept of a new engine. In order to use steady data as a performance index, it is necessary to build some database, which can correlate the port characteristics with engine data. However, it is very difficult to investigate all port shapes with experimental tools. The steady flow scheme is relatively simple and its results are bulk ones such as flow rate and momentum of flow. Therefore a CFD code can be easily applied to the port evaluation. In this study, the steady flow test was simulated through three-dimensional analysis on intake port design for comparing with experimental data and confirming the feasibility of applying analytic method . for this purpose, the effect of valve curvature on flow rate was estimated by a CFD code. Numerical results were compared with those of real steady flow tests. As a result, the results of 3-D analysis were almost consistent with experimental data.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.2
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pp.169-182
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2016
This paper is the third investigation on the evaluation methods of flow characteristics in a steady flow bench. In the previous works, several assumptions used in the steady flow bench were examined and the flow characteristics were estimated both by the conventional impulse swirl meter and a particle image velocimetry at 1.75B position. From these works, it was concluded that the assumption of the solid rotation might cause serious problems and both of the eccentricity and the velocity profile distort the flow characteristics when using the ISM at 1.75B plane. Therefore, the understanding of the detail velocity profiles is very important to keep discussing the issues about the steady flow evaluation method. For this purpose, the planar velocity profiles were measure at 1.75B position by particle image velocimetry and the characteristics were examined according to the valve angles and lifts. The results show that the planar velocity profiles of 11, 16, $21^{\circ}$ valve angle heads according to the lift are similar to each other, however, that of $26^{\circ}$ angle is an exceptional case in the all aspects. In addition, the swirl behaviors are not apparent up to 6~8 mm lift under the $21^{\circ}$ angle and somewhat arranged motions are observed over the whole plane near the highest lift. At this point, the narrower the angle, the lower the lift at which the swirl motions become clear. On the other hands, when the angle is $26^{\circ}$, the center of swirl is always farthest from the cylinder center and only the indistinct swirl is observed even if at the highest lift. Also, all the swirl centers are quite apart from the cylinder center so that the effect of eccentricity may not be negligible at 1.75B regardless the valve angle. Related to the tangential velocity along with the radial direction, the bands of the velocity distribution are very wide and the mean velocities of cylinder center basis are lower than the velocity which is assumed in the ISM evaluation. Lastly, the mean tangential velocity profiles of swirl center basis are sometimes higher than that of ISM-assumed up to 0.6 non-dimensional distance less than 6mm lift, however, as the lift increases the profiles are different according to the angles and profile $11^{\circ}$ is the most closed to the ideal profile. Consequently, the real velocity profile is far from the assumption of ISM evaluation.
This paper is the first of several companion papers, which investigate axial stratification process and its effects in an Sl engine. The axial stratification is very sophisticate phenomenon, which results from combination of fuel injection, port and in-cylinder flow and mixing. Because of the inherent unsteady condition in the reciprocating engine, it Is impossible to understand the mechanism through the analytical method. In this paper, the ports were characterized by swir and tumble number in steady flow bench test. After this, lean misfire limit of the engines, which had different port characteristic, were investigated as a function of swirl ratio and injection timing for confirming the existence of stratification. In addition, gas fuel was used for verifying whether this phenomenon depends on bulk air motion of cylinder or on evaporation of fuel. High-speed gas sampling and analysis was also performed to estimate stratification charging effect. The results show that the AFR at the spark plug and LML are very closely related and the AFR is the results of bulk air motion.
Steady flow bench test is a practical, powerful and widely used test in most engine manufacturers to give a design concept of a new engine. In order to use steady data as a performance index, it is necessary to build some database, which can correlate the port characteristics with engine data. However, it is very hard to investigate all port and valve shapes with experimental tools. The steady flow scheme is relatively simple and its results are bulk ones such as flow rate and momentum of flow. Therefore a CFD code can be easily applied to the port evaluation. In this study, the steady flow test was simulated through two and three-dimensional analysis on intake port design for comparing with experimental data and confirming the feasibility of applying analytic method. For this purpose, the effect of valve curvature on flow rate was estimated by a CFD code. There results were compared with those of real steady flow tests. As a result, the 2-D analysis described the phenomena qualitatively well, and also the results of 3-D analysis were almost consistent with experimental data.
In this study, variation of effluent of residual chlorine concentration was estimated from bench scale distribution reservoir test according to variation of flow and baffle condition. According to the bench scale test results, when the flow rate was an unsteady state, difference between the case of no-baffle in the reservoir and the case of two-baffles in the reservoir became less than the condition when the effluent flow was in a steady state. Consequently, the results are caused by the flow rate variation. Thus, the baffle is less effective than a clearwell of steady state condition.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.4
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pp.437-442
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2015
The swirl ratio in a SI engine is investigated in a steady flow bench according to the measurement methods: an impulse swirl meter and particle image velocimetry (PIV). When measuring the swirl ratio using the PIV, the torque is evaluated based on the cylinder center and swirl center, respectively. The position of the measurement plane is considered. As a result, in the upstream, the swirl ratio measured by the impulse swirl meter is estimated to be larger than that from the PIV measurements due to the unstable vortex motions. Regarding the PIV measurements, the swirl ratio based on the cylinder center has been found to be lower than that based on the swirl center. On the other hand, the difference in swirl ratio has decreased smaller as the measurement plane moved downstream due to the stabilization of the vortex motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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