In this study, a cold-flow test was conducted under ambient conditions to investigate the impact of key geometrical parameters on the spray characteristics of coaxial injectors. Two types of injectors were examined: shear coaxial and swirl coaxial. The primary geometrical variables considered were the recess length and taper angle. The effects of each geometric parameter on the pressure drop, discharge coefficient, breakup length, and spray angle were analyzed. In the swirl coaxial injector, the recess length and the presence of taper affected the discharge coefficient more than in the shear coaxial injector. In terms of breakup length and spray angle, the shear coaxial injector and the swirl coaxial injector showed different results, due to the combination of the jet or swirl injection of the oxidizer and the geometrical variables of the injector. The breakup length and spray angle of the swirl coaxial injector were superior to those of the shear coaxial injector. It is expected that the swirl coaxial injector will have better combustion performance in hot-firing tests.
This study was aimed to assess combustion stability for coaxial swirl injector and FOOF impinging injector which would be candidates in liquid rocket engine combustors. Simulating combustion tests under atmospheric condition have been conducted by gaseous oxygen and the mixture of methane and propane, using two actual injectors. By analyzing the measured dynamic pressure signals, we have evaluated the combustion stability margin of both injectors by drawing a stability map.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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v.y2005m4
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pp.322-326
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2005
The spray and acoustic characteristics of a swirl coaxial injector are studied experimentally. The spray and acoustic characteristics of a swirl coaxial injector are investigated according to the injection conditions, such as the pressure drop of the liquid and gas phase, and injector geometries, such as recess length and gap size between the inner and outer injector.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.228-233
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2004
The spray and acoustic characteristics by the self-oscillation of a swirl coaxial injector were experimentally studied. The self-oscillation of a swirl coaxial injector is defined as pressure and flowrate oscillations by a time-delayed feedback between liquid and gas phase and has strong influences on atomization and mixing processes. Hence the occurrence and effect of the self-oscillation are measured using shadow photography technique, acoustic test and PDPA. The occurrence of self-oscillation largely depends on the injection conditions, such as pressure drop of liquid phase and relative momentum ratio. From the experimental results, self-oscillation occurs when the momentum of gas phase is enough large and the smaller the pressure drop of liquid phase is, the better self-oscillation occurs at the same momentum ratio. The self-oscillation is also affected by injector geometries, increasing the recess length results in the expansion of self-oscillation region and the increase of sound pressure level. The self-oscillation of a swirl coaxial injector accompanies a high intensity scream and this scream may provide harmful disturbances to combustion processes. Self-oscillation leads to strong changes in the drop size distribution and smoothly varies the slope of radial SMD distribution.
Kim, Seung-Han;Han, Yeoung-Min;Seo, Seong-Hyeon;Moon, Il-Yoon;Lee, Kwang-Jin
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2006.08a
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pp.451-454
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2006
This paper describes the results of cold flow test and hot firing tests of an uni-element coaxial swirl injector and hot firing tests of a subscale combustor, as to the development effort of coaxial swirl injector for high performance liquid rocket engine combustor. A major design parameter for coaxial swirl injector is the recess number of a bi-swirl injector. The results of hot firing tests of the uni-element injector combustor and the sub-scale combustor are analyzed to investigate the effect of the recess number influencing on the combustion performance and pressure fluctuation. The test results of a cold flow test of the unielement combustor shows that it was shown that the change in recess number has significant effect on mixing characteristics and efficiency, while the effect of recess number on atomization characteristic is not The results of a series of firing tests using unielement and subscale combustor show that the recess length significantly affects the hydraulic characteristics, the combustion efficiency, and the dynamics of the liquid oxygen/kerosene bi-swirl injector. As a point of combustion performance, combustion efficiencies are 90% for unielement combustor and 95% for subscale combustor. The difference in the characteristic velocities between the unielement combustor and the subscale combustor may be caused by the difference in thermal loss to the combustor wall and the relative lengths of the combustion chamber. For a mixed type coaxial swirl combustor, the pressure drop across the injector increases as recess number becomes larger. The low frequency pressure fluctuation observed in unielement combustor can be related to the propellant mixing characteristics of the coaxial bi-swirl injector. The effect of the recess number on the pressure fluctuation inside the combustion chamber is more significant in un i-element combustor than the subscale combustor, of which the phenomena are also observed in time domain and frequency domain.
It is important to study on the combustion instability to develop liquid rocket engines for preventing lower combustion efficiency and destruction of combustion chamber. There are many researches on simplex injector with liquid pulsation to solve this problem. In real rocket engine system, however, they use coaxial injectors. Therefore, research on coaxial injector with liquid pulsation is essential. In this study, we investigate dynamic characteristics of gas centered swirl coaxial injector varying tangential inlet diameter. A mechanical pulsator was used to generate an excitation in the liquid flow, and the response characteristics of the injector were confirmed. As tangential inlet diameter increased, mass flow rates increased and spray angle decreased. As tangential inlet diamter decreased, gain decreased because the pressure fluctuation in the injector manifold rarely passed through the inlet. Additionally, it was confirmed that a sufficiently small tangential inlet served as a damper.
Im, Ji-Hyuk;Kim, Dong-Jun;Yoon, Young-Bin;Bazarov, V.
Journal of ILASS-Korea
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v.10
no.3
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pp.29-37
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2005
The spray and acoustic characteristics of a gas/liquid swirl coaxial injector are studied experimentally. The self-pulsation is defined as a pressure and flow rate oscillations by a time-delayed feedback between liquid and gas phase. Self-pulsation has strong influences on atomization and mixing processes and accompanies painful screams. So. the spray and acoustic characteristics are investigated. Spray patterns are observed by shadow photography technique in order to determine the onset of self-pulsation. And self-pulsation boundary with Injection conditions and recess length is get. To measure the frequency of the spray oscillation. oscillation of the laser intensity which passes through spray is analyzed by Fast Fourier Transform. For acoustic tests, a PULSE System was used. Acoustic characteristics of a swirl coaxial injector are investigated according to the injection conditions. such as the pressure drop or the liquid and gas phase. and injector geometries. such as recess length and gap size between the inner and outer injector. Front the experimental results. the increase of recess length leads to the rapid increase of the sound pressure level. And as the pressure drop of the liquid phase increases. the frequency of the self?pulsation shifts to the higher frequency. The frequency of spray oscillations is the same as that of the acoustic fields by self-pulsation.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.691-698
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2017
In this study, the injector transfer function (ITF) of a gas-gas coaxial jet-swirl injector is measured by applying excitation to jet or swirl flow using a loudspeaker. As a result of measuring the ITF according to the variation of feed system length, the ITF peak occurs at the resonance frequency of the space where the perturbed flow passes. When applying the excitation to the jet flow, as the jet flow increases up to 56 slpm, the magnitude of ITF decreases, and ITF increases thereafter. Therefore the larger the velocity difference between the jet and the swirl flow, the larger the ITF. In the case of the swirl excitation, the ITF decreases as the jet flow increases because of the decrease of the energy with respect to the constant flow at the downstream. This difference is caused by the location of the hot wire anemometer on the downstream of the injector center axis.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.27
no.1
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pp.27-36
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2023
To understand the atomization performance in gas-liquid swirl-coaxial injector applied to a small rocket engine, a cold-flow test was performed by varying the design parameters and supply condition of propellants. As the swirl-chamber diameter and the angle of the convergent section, which are design parameters of injector increased, the spray performance of the injector improved by increasing the swirl strength. In addition, as the gas-liquid momentum-flux ratio increased, the gas flow separated some of the droplets from the liquid film, and a gas-droplet mixture core was formed in the center of the spray sheet.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.1
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pp.1-8
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2019
To analyze the dynamic behavior and the structure of the gaseous methane-gaseous oxygen diffusion flame formed by a swirl/shear-coaxial injector, combustion experiments were carried out under different propellant injection conditions. As a result, the OH radical emission intensity of the diffusion flame visualized through chemiluminescence was observed to increase as the propellant mass flow and the momentum flux ratio increased. And flames with swirl showed a more high radical emission intensity than those without swirl.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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