Numerical analysis of the spray angles of Dual swirl injector were investigated to obtain basic design data and to predict the combustion performance. Using the commercial thermal hydraulic program, discharge coefficients and spray angles were numerically analyzed with recess length, pressure drop, velocity ratio, mixture ratio and back hole length. Water was used as simulants for oxidizer and fuel, respectively to compare the experimental results. Swirl injectors were designed to inject oxidizer of 70.5g/s and fuel of 29.5g/s at the pressure drop of 1MPa and two recess lengths were considered. In addition, the effect of injector geometry coefficient and velocity ratio on the discharge coefficient was studied.
스월 인젝터의 분무특성을 변화시키는 기하학적인 변수인 백홀은 스월 인젝터의 내부유동이나 음향학적인 특성에도 큰 영향을 주게 된다. 백홀이 연소불안정 제거를 위하여 연소실에 부가적으로 부착하는 음향공(Acoustic cavity)과 유사한 역할을 할 수 있는지 알아보기 위하여 백홀을 Helmholtz resonator나 Quarter-wave resonator로 해석하였다. 그 결과 백홀을 가지는 스월 인젝터는 연소실내의 파동과 상쇄될 수 있는 고유주파수를 가지게 될 수 있었다. 또한 이를 위한 설계식을 제시하였다.
Kishore, Girishankar;Bae, Seong Hun;Kim, Jeong Soo
한국추진공학회:학술대회논문집
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한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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pp.704-708
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2017
A spray characteristics is carried out in a numerical simulation of swirl coaxial injector. The water and nitrogen are the oxidizer and fuel is used in cold flow condition. The simulation is carried out in 3d model with varying recess length. Reynolds stress turbulence and volume of fluid model were chosen to perform the simulation. The spray characteristics have been investigated as well as the influence of the inlet swirl strength of the internal flow. Effect of recess length is studied for the axial and radial velocity decreased with a reduced length of inner injector due to the decline vortex intensity.
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.
The purpose of this study is to investigate the effect of swirler vane angle and the aspect ratio of swirl chamber of nozzle on the characteristics of single spray. The characteristics of sprat's have been investigated by measuring the spray angle, droplet size and velocity Visualization of spray was conducted to obtain the spray angle and breakup process. The spray characteristics such as droplet size and velocity were measured by Phase Doppler Anemometry(PDA). It was found that the spray angle was increased with increasing the swirler angle. For both sprays, the axial velocity and SMD were decreased with increasing the swirler vane angle. It was also shown that the axial velocity and SMD were decreased with increasing the aspect ratio of swirl chamber The effect of vane angle un the spray characteristics was greater than the aspect ratio of swirl chamber for single spray.
The effects of ignition position on combustion in a chamber with swirl flow were investigated by use of hot wire anemometer, high speed schlieren photography, and chamber pressure measurement. In experiments, the closed-constant volume combustion chamber was used, and the swirl was formed unsteadily by suction of external fluid after reducing pressure in the chamber. Results show that the effect of ignition position on combustion depends on the flow state and the flame propagation distance corresponding to each ignition position. Also, the effect of combustion promoting increases as an ignition position moves from the center of chamber to the outside, but maximum burning pressure was obtained at the position that is the shortest flame propagation distance.
Spacer grid with mixing vane had been widely used in nuclear reactor core. One of the main feather of spacer grid with mixing vane was that strong swirl flow was formed after the spacer grid. The swirl flow not only changed the bubble generation in the near wall field, but also affected the bubble behaviors in the center region of the subchannel. The interaction between bubble and the swirl flow was one of the basic phenomena for the two phase flow modeling in fuel assembly. To obatin better understanding on the bubble behaviors in swirl flow, full three dimension numerical simulations were conducted in the present paper. The swirl flow was assumed in the cylindral calculation domain. The bubble interface was captured by Volume Of Fluid (VOF) method. The properties of saturated water and steam at different pressure were applied in the simulation. The bubble trajectory, motion, shape and force were obtained based on the bubble parameters captured by VOF. The simulation cases in the present study included single bubble with different size, at different angular velocity conditions and at different pressure conditions. The results indicated that bubble migrated to the center in swirl flow with spiral motion type. The lateral migration was mainly related to shear stress magnitude and bubble size. The bubble moved toward the center with high velocity when the swirl magnitude was high. The largest bubble had the highest lateral migration velocity in the present study range. The effect of pressure was small when bubble size was the same. The prelimenery simulation result would be beneficial for better understanding complex two phase flow phenomena in fuel assembly with spacer grid.
The stability of a rotor-bearing system supported by swirl-controlled hybrid journal bearing with pair-type angled injection orifices is investigated for improvement of the whirl frequency ratio by allowing effective control of the tangential flow inside the bearing clearance, i.e., by achieving more freedom in controlling strength and direction of the supply tangential flow inside the bearing clearance. It is suggested that the system instability can be improved through the change of bearing dynamic characteristic parameters with the swirl control. The orifice diameter d$_0$ and recess injection angle $\alpha$ along with combinations of swirl/anti-swirl supply pressures and directions (3.0-3.0MPa, 4.0-2.0MPa, 2.0-4.0MPa) are selected for design parameters for swirl-controlled effective factors dependent on journal speeds (3000, 9000, 15000, 21000 rpm). It has been found that the orifice diameter do shows strong effects on effective maneuverability of direct-stiffness and direct damping values, while recess injection angle $\alpha$ results in substantial magnitude and direction of cross-stiffness. Specifically, recess injection parameters which are functions of angle of orifice feeding flow and recess dimensions showed very feasible effect on the stability of swirl-controlled rotor-bearing system.
Adding small amounts of air to the fuel is used in many commercial combustors to avoid sooty flame. But partially premixed jet flame has lower blowout velocity, $u_{b.o}$, than nonpremixed one. Increasing blowout limit would be one of the key factors to develope highly intense compact combustion devices. Swirling flow enhances fuel and air mixing and induces a highly turbulent recirculation zone, which helps flame stabilization. It was known that NOx emission decreases with swirl on the proper range of swirl number. And it was shown that the flame interaction in multiple jets also increases $u_{b.o}$ owing to the internal recirculation and reduces NO emission. If the effects of swirl and flame interaction are combined together in partially premixed flame, both $u_{b.o}$ increasement and NOx emission reduction could be achieved. Blowout limits of partially premixed interacting propane flame in the swirling air coflow are investigated experimentally. The results show that the flame is not extinguished up to the experimental limits, 210 m/s, at the swirl number of 0.32 and $X_{F,o}$ = 0.46.
The performance characteristics of lean burn system in gasoline engine are mainly affected by the air-fuel mixture in cylinder, gas exchange process of manifold system, exhaust emission of engine, and the electronic engine control system. In order to obtain the effect of performance factors on the optimum conditions of lean burn engine, this study deal with the behavior of mixture formation, gas flow characteristics of air, flow and evaporation analysis of spray droplet in cylinder, vaporization and burning characteristics of lean mixture in the engine, and the control performance of electronic engine control system. The optimum flow conditions were investigated with the swirl and tumble flows in the combustion chamber with swirl control valve. The performance characteristics and optimum condition of flow field in intake system were analyzed by the investigation of inlet flow of air and combustion stabilization on cylinder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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