The purpose of this study is to investigate the effect of swirler angle and the aspect ratio of swirl chamber of nozzle on the characteristics of single and twin spray. The characteristics of sprays 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 angle. It was also shown that the axial velocity and SMD were decreased with increasing the aspect ratio of swirl chamber, but for the twin spray, the axial velocity and SMD were not influenced significantly by the changing the aspect ratio of swirl chamber. The effect of swirler angle on the spray characteristics was greater than the aspect ratio of swirl chamber for single spray. The nozzle pitch was one of the important factors affecting the spray characteristics of twin spray.
An Experimental study was conducted on spray combustion using dual swirlers at different outlet angle; co-swirl and counter-swirl. To understand the characteristics of turbulent spray combustion of dual swril flow(DSF), the axial helical annular vaned swirlers with various swirl ratios and combination of angle and direction were designed. and temperature measurements of a rapidly thermocouple insertion and measurements of soot volume fraction and microrstructure using thermophoretic sampling particle diagnostic(TSPD) as TEM were carried out. The NOx, $CO_2$,$O_2$, etc. was analyzed using emission gas analyzer. The results show that flame stability were maintained under very lean condition. for both co-swirl and counter-swirl case. And though Counter-swirl case kept the higher temperature region compared to co-swirl case, Counter-swirl combustion represented less NOx emission and soot formation than co-swirl case.
An Experimental study was conducted on spray combustion using dual swirlers at different outlet angle; co-swirl and counter-swirl. To understand the characteristics of turbulent spray combustion of dual swril flow(DSF), the axial helical annular vaned swirlers with various swirl ratios and combination of angle and direction were designed. and temperature measurements of a rapidly thermocouple insertion and measurements of soot volume fraction and microstructure using thermophoretic sampling particle diagnostic(TSPD) as TEM were carried out. The NOx, $CO_2,\;O_2$, etc. was analyzed using emission gas analyzer. The results show that flame stability were maintained under very lean condition. for both co-swirl and counter-swirl case. And though Counter-swirl case kept the higher temperature region compared to co-swirl case, Counter-swirl combustion represented less NOx emission and soot formation than co-swirl case.
Swirl 인젝터는 유체가 접선방향의 주입구를 통해 주입되어 인젝터 내부에서 접선방향 속도와 축방향 속도를 갖고 흐르다 노즐에서는 속도성분비에 의해 결정된 분산각에 따라 흐른다. 이러한 분산각은 특히 이중 swirl 인젝터에서 두 유체가 분무되어 서로 간섭을 주고 특히 recess가 있는 경우 내부 혼합 등의 이유로 예측이 어렵다. 이러한 분산각 현상을 recess 길이별로 실험을 통하여 규명하고 또한 상용 열수력 해석 코드인 FLUENT Version6.0을 사용하여 수치해석하였다. 다상유동 해석 모델중 VOF (Volume Of Fluid)모델을 사용하여 모사하고 실험결과와 비교하여 적용 타당성을 확인하였으며, recess가 단독 분사시와 혼합 분사시 분산각에 미치는 영향에 대하여 분석하였다.
In this study, spray characteristics of the pressure swirl atomizer have teen investigated. Four atomizers with the different orifice diameter and five tangential ports with the different inlet number were fabricated. For the purpose of the measurement of the mean drop sine, Malvern particle sizer was used. And also discharge coefficient was measured and spray cone angle was measured by using shadow graphy method. As a result when the injection pressure was increased, mean drop size was decreased. And the dominant factor which influence on the spray characteristics of pressure swirl atomizer was orifice diameter.
In the pressure swirl atomizer, the liquid is injected through tangential passages into a swirl chamber, from which it emerges with both tangential and axial velocity components to form a thin conical sheet at the nozzle exit. This sheet rapidly attenuates, finally disintegrating into ligaments and then drops. The purpose of this study is to measure the spray characteristics according to variation of viscosity of the spray produced by the pressure swirl atomizer. The nozzle tested here were especially designed for this investigation. The discharge coefficient is determined by measuring the volume flow rate with a flow meter and the cone angle of the liquid sheets issuing from the nozzle is obtained from series of photographs of the sheet for various liquid viscosity and injection pressure. And mean drop size is measured by image processing method. It is found that the geometrical characteristics of the nozzle and the variation of viscosity were the influential parameters to determine the spray characteristics such as the cone angle, discharge coefficients and SMD.
It is well known that the flow and spray characteristics is critical factor on the performance and emission of a direct injection diesel engine. So this study aims to investigate the interaction of flow and spray characteristics. At first, in cylinder flow distributions in swirl adaptor for 4-valve cylinder head of DI Diesel engine were investigated under steady conditions for different SCV angles mounted on the cylinder head with steady rig test and 2-D LDV. And the in-cylinder flow was quantified in terms of mean flow coefficient and swirl ratio/tumble ratio. It was found that the swirl ratio is controlled between 2.3 and 3.8. Then spray characteristics of the intermittent injection were investigated. PDA system was utilized for measurement of a droplet size and velocity. The analyses of the PDA results are carried out with Time Dividing Method. It was found that there is a correlation between the swirl flow and SMD. The droplet size and the velocity were nearly constant value with each SCV angle. And the swirl ratio is higher, SMD smaller. The swirl ratio was helpful factor to the atomization of droplet.
The initial film flow development of the high-pressure swirl spray was investigated at different injector operating conditions to analyze film flow development and to provide the input data for the modeling works. This result can be also useful to verify the previously simulated results. The initial flow conditions such as liquid film thickness, flow angle and flow divergence are obtained by visualizing the inside and near the nozzle flow with a microscopic imaging system. The visualized images are quantified using an image processing tool. From the information of liquid film thickness and flow angle, the initial axial and tangential velocity and the swirl number of the swirl spray are successfully determined at various operating conditions. The experimental results showed that the initial liquid film thickness, flow angle and flow divergence are remained constant when the injection pressure is increased. However, initial film conditions are severely changed when the fuel temperature is increased. The swirl number remained constant when the injection pressure is increased while it showed increased value at high fuel temperature condition.
백홀은 스월 인젝터의 새로운 기하학적인 설계요소로서 스월 인젝터 내부에 있는 와류실의 연직 주입구후방에 위치하는 추가적인 빈 공간을 총칭한다. 이 백홀은 분무각이나 평균액적지름(SMD), 혼합 특성과 같은 스월 인젝터의 분무 특성을 변화시키게 된다. 이러한 백홀의 특성을 알아보기 위하여 직$.$간접 촬영 기법 및 PDPA와 기계적 유량 포집기 등을 사용하여 수류실험을 수행하였다. 백홀이 스월 인젝터 내에 존재하게 되면 단위시간당 유량이 증가하게 되어 분무되는 유동의 중심부가 강화된다. 또한 백홀은 스월 인젝터의 유동 분무각을 조절할 수 있게 하고 그로 인하여 혼합 효율을 변화시킨다.
가스터빈 연소기의 스월러와 노즐을 제작하여 스월러 형상 변화에 따른 비연소시 케로신 분무 특성과 연소시에 열유동장의 특성을 조사하였다. 액적의 크기(SMD)와 속도를 파악하기 위해서 위상도플러입자분석기(PDPA)를 이용하였고, 연소 온도를 조사하기 위해서 R-type 열전대(Platinum vs. Platinum-13%rhodium)를 이용하였다. 분무와 화염의 가시화는 스틸 카메라를 이용하였다. 스월러각이 커서 스월수가 큰 경우에 분무 및 화염이 반경방향으로 빠르게 발전하였다. 화염은 스월수가 작을 때는 원추형의 화염이 형성되지만 스월수가 커지면서 스월 모멘텀이 중심축으로 이송되고 혼합이 촉진되어 원통형으로 바뀌었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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