The computational fluid dynamics was carried out to evaluate turbulent models on the swirling flow of a gun-type gas burner(GTGB) according to the mesh size. The commercial SC/Tetra software was used for a steady-state, incompressible and three-dimensional numerical analysis. In consequence, the velocity magnitude from the exit of a GTGB and the flowrate predicted by the turbulent models of MP k-${\varepsilon}$, Realizable k-${\varepsilon}$ and RNG k-${\varepsilon}$ agree with the results measured by an experiment very well. Moreover, the turbulent kinetic energy predicted by the turbulent model of standard k-${\varepsilon}$ with mesh type C only agrees with the experimental result very well along the radial distance. On the other hand, the detailed prediction of the information of swirling flow field near the exit of a GTGB at least needs a CFD analysis using a fairly large-sized mesh such as a mesh type C.
The flow and combustion patterns have been investigated inside the gasoline engine cylinder with the swirl or tumble flow, whereas the air flow characteristics, which are generated in the part of intake system before entering into the intake manifold, have not been known completely. It is necessary to analyze the flow field in the intake system consisting of air rater, throttle valve and intake manifold. The throttle valve, used to control the intake air flow rate, is important because it makes various mass flow rate and flow patterns. Three-dimen-sional How characteristics such as velocities, turbulent intensities and Reynolds shear stresses are measured by the hot wire anemometer at the exit of the throttle valve with the variation in the valve opening angle($15^{\circ}$, $45^{\circ}$, $75^{\circ}$ and $90^{\circ}$) and the Reynolds numbers (45000, 70000 and 140000). There are a lot of changes in flow characteristics at $75^{\circ}$ due to the large recirculation flow comparing with those of the other cases, and the streamwise velocity is especially enforced strongly below the valve shaft. The other component velocities are relatively large near the centerline parallel to the valve shaft. The effects of the Reynolds number on the flow field are not severe.
Three dimensional numerical calculation carried out to investigate the eccentricity effect of intake valve on the in-cylinder flow fields for the intake stroke and the compression stroke. During the intake stroke, a corner vortex in the vicinity of the valve exit interacted strongly with a toroidal vortex in the case of axisymmetric valve. But a weak interaction between the corner vortex and the toroidal vortex occurred due to the eccentricity of the valve in the narrow region between valve and cylinder wall in the case of offset valve. During the compression stroke, it was found that a solid body rotation was maintained in the radial-circumferential plane in the case of axisymmetric valve. But a weak secondary vortex was formed in the radial-circumferntial plane in the case of offset valve, because of the interaction between swirl flows and inward flows towards cylinder axis. The calculated turbulence intensity presented a similar trend with the experiental results but, in spite of using the modified k-.epsilon. model, it was found that the qualitative difference between the numerical results and experimental results was large in the region where the velocity gradient is substantial.
In this paper, the heat loss to the constant volume vessel wall was investigated using instantaneous heat flux sensor, schlieren visualization, pressure rise curve. And the heat loss characteristics of plasma jet ignition were compared with conventional spark ignition. In case of plasma jet ignition, the flame kernel moves toward the center of combustion vessel in the initial period of combustion, and the flame surface spread out to the vessel wall. However, in case of conventional spark ignition, the flame surface contact with combustion vessel wall in the initial period of combustion. As a result, heat loss in the combustion duration for conventional spark ignition increase faster than that of plasma jet ignition. And the combustion enhancement rate of plasma jet ignition is higher than that of conventional spark ignition, and it was found that the heat loss rate is inversely proportional to the combustion enhancement rate.
The numerical study on behavior of impinging spray from high-pressure swirl injector under various ambient temperatures was performed by using spray vaporization model and spray-wall impingement model implemented in modified KIVA code, and these spray models were estimated by comparison with experimental results. To compute the spray-wall impingement process, the Gosman model, which is based on the droplet behavior after impingement determined by experimental correlations, was used. The modified Abramzon and Sirignano model, that includes the effects of variable thermodynamic properties and non-unitary Lewis number in the gas film, was adapted for spray vaporization process. The exciplex fluorescence measurements were also conducted for comparison. The experimental and numerical analysis were carried out at the ambient pressures of 0.1 MPa and at the ambient temperature of 293 K and 473 K, and the spray characteristics, such as spray-wall impingement process, gas velocity field, SMD and vapor concentration, were acquired. It was found that the impinging spray develops active and SMD is small at vaporization conditions.
본 연구에서는 접선형 산화제 주입기를 갖는 end-burning 하이브리드 연소기에서 산화제 운동량비에 따른 연소 유동장을 해석하였다. 산화제의 운동량비가 감소할수록 연소효율은 연소기 전 영역에 걸쳐 증대되는 경향이 포착되었으며 이론 혼합분율과 온도장을 통해 연소실 전 영역에서 최적의 연소가 저 운동량비에서 발생됨을 확인하였다. 강한 선회류가 연소실 내부 유동장을 지배하지만 압력장은 비교적 균일한 분포를 보였다. 접선형 산화제 주입기를 가진 연소기는 운동량비에 관계없이 공통적으로 연료와 산화제가 만나는 연소실 상부에서 환형의 고온부가 발생했으며 향후 주요 개선 사항으로 판단되었다.
A spray-wall impingement process of a hollow-cone fuel spray from the high-pressure swirl injector in the Gasoline Direct Injection (GDI) engine were experimented and calculated at various wall geometries. The Linearized Instability Sheet Atomization (LISA) & the Aerodynamically Progressed Taylor Analogy Breakup (APTAB) model and the Gosman model were applied to model the breakup and the wall impingement process of the hollow-cone fuel spray. The numerical modelings were implemented in the modified KIVA code. The calculation results of spray characteristics, such as a spray development process and a radial distance after wall impingement, compared with the experimental results by the Laser Induced Exciplex Fluorescence (LIEF) technique. The droplet size distribution and the ambient gas velocity field, which are generally difficult to obtain by the experimental methods, were also calculated and discussed. It was found that the radial distance after wall impingement and Sauter Mean Diameter (SMD) decreased with increasing a cavity angle.
Analysis and control of intake charge motion such as swirl and tumble are very important factors in improving the gasoline engine performance. In this paper, single-frame PTV (particle tracking velocimetry) is used to investigate intake tumble patterns in a steady flow test rig of gasoline engine with dual-intake-valve and pent-roof combustion chamber. Intake tumble pattern is quantified in accordance with blockage ratio of TIV (tumble intensifying valve) with single- frame PTv.The view of the instantaneous 2-D velocity field gives a realistic understanding of in-cylinder flow field. Thus it is confirmed that PTV is a effective tool in engine design. In conventional port, two tumble structures appear clearly, and the larger one is observed under the exhaust valve side and the smaller is right below the intake valve side. The larger vorticity is observed in TIV port, thus it is concluded that TIV have an effect on intensified tumble motion in cylinder flow.
GCSC 분사기의 리세스 길이와 기체/액체의 운동량 플럭스 비(MFR) 변화에 따른 분무 특성을 고압 챔버를 이용한 고압수류시험을 통해 알아보았다. 물과 질소를 사용하였고, back-lit strobe imaging 기법을 이용하여 분무형상을 촬영하였다. 시험결과 MFR이 작을 때(액체 유속 고정)는 분무각이 큰 hollow cone 형상을 보이고, MFR이 증가함에 따라 분무각이 작은 solid cone 형상의 분무를 보였다. 또한 리세스가 짧은 분사기일수록 더 큰 MFR에서 solid cone 형상의 분무를 보였다.
본 연구는 배열회수보일러(HRSG)에서의 유동특성을 유동수치해석을 통하여 분석하였다. HRSG 입구영역은 가스터빈 후류의 출구에 해당하고 가스터빈 후류는 강한 선회 및 난류 유동이다. 따라서 HRSG 입구 유동은 가스 터빈 출구 유동 특성이 고려되어야 한다. 본 연구에서는 HRSG 입구 유동 경계조건을 가스터빈 출구 유동 해석을 통하여 도출된 결과를 이용하였다. 가스터빈 출구 유동해석 결과를 보면 축방향 속도가 가장 크게 나타나는 곳이 원형 덕트의 벽면 측이고 난류운동에너지와 소산율이 크게 나타나는 곳이 속도 구배가 급격한 곳으로 축방향 속도가 최대가 되는 곳과 차이가 있다. 본 연구에서는 HRSG 입구영역에서의 난류 성분을 가스터빈 출구 유동을 계산 한 결과를 이용한 경우와 난류강도를 속도의 10%를 이용하고 원형 덕트의 직경을 특성 길이로 사용한 두 가지 경우에 대하여 유동해석을 통하여 유동 특성을 비교하였다. 본 연구를 통하여 HRSG 입구 유동 경계조건은 반드시 난류성분이 올바르게 적용되어야 HRSG 유동 특성 해석의 정확성을 기할 수 있음을 알았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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