Gas motion within the engine cylinder is one of the major factors controlling the fuel-air mixing and combustion processes in diesel engines. In this paper, a special swirl-chamber is designed and applied to a DI (direct injection) diesel engine to generate a strong swirl motion thus enhancing gas motion. Compression, combustion and expansion strokes of this DI diesel engine with the swirl-chamber have been simulated by CFD software. The simulation model was first validated through comparisons with experimental data and then applied to do the simulation of the spray and combustion process. The velocity and temperature field inside the cylinder showed the influences of the strong swirl motion to spray and combustion process in detail. Cylinder pressure, average temperature, heat release rate, total amount of heat release, indicated thermal efficiency, indicated fuel consumption rate and emissions of this DI diesel engine with swirl-chamber have been compared with that of the DI diesel engine with $\omega$-chamber. The conclusions show that the engine with swirlchamber has the characteristics of fast mixture formulation and quick diffusive combustion; its soot emission is 3 times less than that of a $\omega$-chamber engine; its NO emission is 3 times more than that of $\omega$-chamber engine. The results show that the DI diesel engine with the swirl-chamber has the potential to reduce emissions.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.4
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pp.398-407
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2013
Optical tomography was used to measure the pattern of spray cross-section. The maximum-likelihood estimation (MLE) algorithm was used to reconstruct the spray cross-section from the measured transmission rate of the spray. A swirl-type injector was used to form an optically dense spray, and the test was carried out in a high-pressure chamber, to control the pressure condition of the test site. Before the experiment, the reliability of the MLE-based reconstruction algorithm was verified, by comparing it with a conventional filtered back projection reconstruction (FBP) method. The MLE algorithm showed superior reconstruction of the image. In the spray patternation experiment, the results of the optical tomography and optical line patternator, which uses Mie scattering signal information, were compared. While measuring the cross-section of optically dense spray, the intensity of the scattering signal had attenuated to an uncorrectable level, which led to incorrect spray pattern measurement by the optical line patternator. However, reliable results were obtained by optical tomography, under the same condition. Finally, the pattern of the optically dense spray was measured at various chamber pressures, of up to 3 MPa. As the chamber pressure increased, the hollow cone-shaped swirl spray shrank, and the attenuation coefficient value of the inner region increased.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.8
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pp.1132-1140
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1998
The disintegration process of initial spray from high-pressure swirl injector was investigated at different injection pressures. The transient breakup phenomena that were difficult to observe at high injection pressure were easily observed at the low injection pressure of 0.4MPa. The effect of fuel remained inside a nozzle hole volume on the penetration of initial spray was also investigated. The disintegration process of initial spray could be classified four regions: the formation of mushroom shape, the first collision, the second collision, and the development of spray, The liquid film of cup shape was particularly found in the second collision region, and the growth ratio of its length and width at low and high injection pressures were compared.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.7
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pp.842-849
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2004
The objective of this work is to study the improvement of etching characteristics in wet etching process. The etching characteristics such as etching factor were investigated under different etching conditions and compared with the spray characteristics. The spray characteristics of nozzle with different geometries such as swirler angle and swirl chamber aspect ratio were analyzed by using PDA system to predict the effect of the spray characteristics on the etching factor. The swirler angles were 49,5$^{\circ}$, 63$^{\circ}$ and 76.5$^{\circ}$. The swirl chamber aspect ratios were 1.2, 1.6 and 2.0. It was found that the etching factor was correlated with the spray characteristics and also the smaller swiller angle, the larger etching factor became.
Numerical study under single-injection on bi-swirl coaxial injectors with different recess lengths was performed using ANSYS Fluent. The bi-swirl coaxial injectors which consisted of inner closed-type and outer open-type swirl injectors, had three different recess lengths. By changing mass flow rates, numerical simulation was repeated using the Reynolds stress BSL turbulent model. The numerical results such as discharge coefficient and spray angle were compared with previous experimental data and were found to be approximately matched well with them, irrespective of recess length. Quantitative data which was hard to be measured from experiments, were successfully obtained through the present numerical study.
Kishore, Girishankar;Bae, Seong Hun;Kim, Jeong Soo
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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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.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.1
no.1
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pp.1-7
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1997
Experimental study was carried out to investigate the interaction effect between spray fan formed by gas/liquid swirl injector. Test variables were supply pressure and injector distance. Water and air were the simulant for the experiment. For water supply only; Collected water mass was concentrated at the lower part of the two spray fan, but this effect was reduced with increasing supply pressure. Both air and water supply1; Collected water mass was again concentrated at the lower part of the impingement point, but this effect was reduced when air/water supply pressure ratio was increased.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.12
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pp.1813-1820
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2001
The purpose of this study was to investigate the significant characteristics in atomization process of industrial etching spray fur the design or Precise pressure-swirl nozzles. The experiment was carried out with different viscosities and densities of the liquid. The macro characteristics of liquid spray, such as the spray angle and breakup process were captured by PMAS and the micro characteristics of liquid spray. such as droplet size and velocity measurements were obtained by PDA. The droplet axial and radial velocity and SMD were measured along axial and radial direction. The RMS of two velocities was measured along radial direction. It was found that the fluid with higher kinematic viscosity resulted in the larger SMD and the lower mean droplet velocity. And we could divide breakup processes into three regions that is atomization, non-dilution and dilution one in spray of pressure-swirl nozzle. The radial as well as axial velocity of droplet played an important role in the atomization process of higher kinematic viscosity fluid.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.18
no.3
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pp.26-33
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2014
The gas-centerd swirl injectors are widely used on the main combustor of large liquid propellant rocket engines. Since the gas-liquid propellants, such as kerosene and oxygen-rich gas combination, are mixed and burned in the high pressure condition over the critical pressure point, the cold-flow spray test in the atmospheric condition can not represent the actual spray pattern. To observe the near actual spray patterns of gas-centered swirl injector, the high pressure spray chamber and the control system were constructed. The operating sequence was controlled precisely to obtain clear visualization images.
The present paper deals with the numerical simulation for the spray characteristics with swirling turbulent flows and dilution flows from swirl injectors in a simplified can type of gas turbine combustor. The main objective is to investigate the characteristics of swirling turbulent flows with dilution flows and to provide the qualitative results for the spray characteristics such as the droplet distribution and Sauter Mean Diameter(SMD). The gas-phase equations based on Eulerian approach were discretized by Finite Volume Method, together with SIMPLE algorithm and the Reynolds -Stress-Model. The liquid-phase equations based on Lagrangian method were used to predict the droplet behavior. The results of preliminary test are generally in good agreement with experimental data, and show that the anisotropy exists in the primary zone due to swirl velocity and injected air from primary injector, and then gradually decays due to turbulent mixing and consequently near-isotropy occurs in the region between primary and dilution zones. For the spray characteristics, it is indicated that the swirling flows of primary jet region increase the droplet atomization. In addition, it is showed that the swirling flows at the inlet region lead the air-fuel mixture to be distributed near the igniter and can significantly affect the spray behavior in the primary jet region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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