A machine vision-based instrument to measure a droplet size spectrum of a spray nozzle was developed and tested to evaluate its accuracy on measuring spray droplet sizes and classifying nozzle sizes. The instrument consisted of a machine vision, light emitting diode (LED) illumination and a desktop computer. The illumination and machine vision were controlled by the computer through a C++ program. The program controlled the machine vision to capture droplet images under controlled illumination, and processed the droplet images to characterize the droplet size distribution of a spray nozzle. An image processing algorithm was developed to improve the accuracy of the system by eliminating random noise and out-of-focus droplets in droplet images while measuring droplet sizes. The instrument measured sizes of the three different balls (254.0, 497.8 and $793.8\;{\mu}m$) and the measurement ranges were $241.2-273.6\;{\mu}m$, $492.9-529.6\;{\mu}m$ and $800.8-824.1\;{\mu}m$ for 254.0-, 497.84- and $793.75-\;{\mu}m$ balls, respectively. Error of the measured droplet mean was less than 3.0 %. Droplet statistics, $D_{V0.1}$, $D_{V0.5}$ and $D_{V0.9}$, of a reference nozzle set were measured, and droplet size spectra of five spray nozzles covering from very fine to extremely coarse were measured to classify spray nozzle sizes. Ninety percent of the classification results of the instrument agreed with manufacturer's classification. A comparison study was carried out between developed and commercial instruments, and measurement results of the developed instrument were within 20 % of commercial instrument results.
Spray patterns were visualized using the shadowgraph method, and the droplet size and velocity were measured using PDPA for high-pressure injections up to 2,600 bars. The spray pattern and spray characteristics, such as penetration, spray width, spray angle, droplet size, injection duration, and droplet velocity, were investigated to determine the suitable injection pressure. Spray penetration, width, angle, and velocity increased continuously up to 2,600 bars with the injection pressure in a high-pressure region. The rate of improvement of the above spray characteristics, however, declined rapidly, when the injection pressure reached 2,000 bars. The injection duration and droplet size generally decreased with the increase in the injection pressure, while the rate of improvement decreased abruptly after 2,000 bars. Consequently, the improvement rate of the spray characteristics became blunt at over 2,000 bars. This means that the suitable injection pressure is around 2,000 bars.
The purpose of this study is to investigate the effect of swirler angle and swirl chamber aspect ration of nozzle on the characteristics of single and twin spray. The performances of nozzle has been investigated by measurements of spray angle, droplet size, velocity and Weber number at a water pressure 0.4MHz. 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 smaller swirler angle, the larger axial velocity became. It was also shown that the larger aspect ratio, the smaller droplet diameter became.
The impact force on the single and overlap region of twin spray was experimentally evaluated using visualization method in full cone type swirl nozzle spray. Visualization of spray was conducted to obtain the spray angle and breakup process. The photography/imaging technique, based on Particle Image Velocimetry (PIV) using high-speed camera, was adopted for the direct observation of droplet motion and axial velocity measurement, respectively. Droplet size was measured by Particle Motion Analyze System (PMAS). The purpose of this study is to provide fundamental information of spray characteristics, such as impact force, for higher etching factor in the practical wet etching system. It was found that the spray angle, axial velocity and impact force were increased with increasing the nozzle pressure while droplet size decreased with increasing the nozzle pressure. Droplet size increased as the distance from nozzle tip was decreased. The impact force of twin spray in the overlap region was about 63.29, 67.02, 52.41% higher than that of single spray at 40, 50 and 60 mm of nozzle pitch, respectively. Also, the nozzle pitch was one of the important factors in the twin spray characteristics.
The intermitternt and transient fuel spray have been investigated from the simultaneous measurement of droplet sizes and velocities by using Phase/Doppler Particle Analyzer(PDPA). Measurement have been done on the spray axis and at the edge of the spray near nozzle at various gas-to-liquid density ratios(.rho./sub g//.rho./sub l/) that ranges from those found in free atmospheric jets to conditions typical of diesel engines. Probability density distributions of the droplet size and velocity were obtained from raw data and mathematical probability density functions which can fit the experimental distribations were extracted using the principle of maximum likelihood. In the near nozzle region on the spray axis, droplet sizes ranged from the lower limit of the measurement system to the order of nozzle diameter for all (.rho./sub g/ /.rho./sub l/) and droplet sizes tended to be small on the spray edge. At the edge of spray, average droplet velocity peaked during needle opening and needle closing. The rms intensity is greatly incresed as the radial distance from the nozzle is increased. The probability density function which can best fit the physical breakage process such as breakup of fuel drops is exponecially decreasing log-hypebolic function with 4 parameters.
An experimental study was carried out to investigate the global spray behavior and spray characteristics of high-pressure fuel injector in the direct-injection goasoline enginet. The atomization characteristics of fuel spary such as mean droplet size, mean velocity , and velocity distribution were measured by the phase Doppler particle analyzer. The spray tip penetration and spray width were investigated by the result fo visualizaiton experiment. The quantitiative spary characteristics of injector spray were measured under various sparay conditions and ambient pressures. The results of experiment show that the increase in ambient pressure have influence on the spray tip penetration and spray development process. Also, the influence of injection pressure and measuring location on the mean velocity and droplet size distribution were discussed.
In precision chemical application increment of biological efficacy with less chemical is the virtue. spraying rate and droplet size is closely related to biological efficacy. this study was performed to develope a spray-control-system that could control spraying rate and droplet size independently. Twin-fluid nozzles were selected and tested to certify if the nozzles were suitable for the objective of this study. Characteritics of the nozzles i.e., spraying rte and droplet size change u8nder the changes of spraying pressure and air pressure were statistically modeled. The model had I to 1 matching property between dependent variables and independent variables. Using the property and the model, inverse relationship could be determined between variables. A feedback spray control system was developed and tested with predetermined error of 5 % in pressure. The system showed 4 % error in spraying rate and 9 % error in droplets size. Performance of the system could be upgraded by fine tuning but, in practical sense keeping air pressure in the field sprayer was the bottle neck of commercialization of the spray system.
The influence of fuel spray characteristics on engine performance has been known as one of the major concerns to Improve fuel economy and to reduce exhaust emissions. In general, the UBHC(Unburned Hydrocarbon) emission could be reduced by decreasing the droplet size of the fuel sprays. In PFI (Port Fuel Injection) gasoline engines, the mixture of air and fuel would not be uniform under a certain condition, because the breakup and production of spray droplets are made in a short distance between the fuel injector and intake valve sheat. In this study, were investigated the transient spray characteristics and dynamic behavior of droplets from 2holes-2sprays and 4holes-2sprays type injectors used in PFI gasoline engine. Mean droplet size and optical concentration were measured by LDPA (Laser Diffraction Particle size Analyzer). The variation of droplet mean diameter and optical concentration were measured for understanding the behavior of unsteady spray.
This study describes the spray structure of gasoline port injectors by using phase Doppler particle analyzer(PDPA) and particle motion analysis system(PMAS). The characteristics of fuel spray such as the spray penetration, spray angle and breakup processes were obtained by PMAS and the droplet size and mean velocity were measured by PDPA system. Pintle type and two-hole type injectors were used as gasoline port fuel injectors under various injection pressures. The effect of injection pressure on the droplet mean diameter and axial mean velocity of droplet were investigated under the various injection conditions. In addition the comparison of breakup processes for the two types of injectors was also conducted. It Is shown that pintle type injector has smaller droplet size than that of two-hole type injector.
This study is focussed on the investigation of spray characteristics from the high pressure gasoline injector for the application of gasoline direct injection engine. For the analysis of spray structure of high pressure gasoline injector; the laser scattering method with a Nd-Yag laser and the Phase Doppler particle analyzer system were applied to observe the spray development and the measurement of the droplet size and velocity of the spray, respectively. Also spatial velocity distribution of the spray droplet was measured by use of the particle image velocity system. Experimental results show that high pressure gasoline injector shapes the hollow-cone spray, and produce the upward ring shaped vortex on the spray surface region. This upward ring shaped vortex promotes the secondary atomization of fuel droplets and contributes to a uniform distribution of fuel droplets. Most of fuel droplets are distributed under 31$\mu m$ of the mean droplet size (SMD) and the frequency distribution of the droplet size under 25$\mu m$ is over 95% at 7 MPa of injection pressure. According to the experimental results of PIV system, the flow patterns of the droplets velocity distribution in spray region are in good agreement with the spray macroscopic behaviors obtained from the visualization investigation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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