The recent trends in numerical simulation of various spray phenomena are reviewed in this article. Major subtopics are atomization/breakup, collision/coalescence, wall collision, interfacial transfer, droplet dispersion, two-phase injection and spray combustion. Each submodel has been under continuous refinement and validation against more extensive data base by advanced laser diagnostic techniques. Most uncertainty in current spray simulations come from these physical submodels, not from excessive computational constraints.
Mixture formation is one of the important factors to improve combustion performance of MPI gasoline engines. This is affected by spray and atomization characteristics of injector. Especially, in the case of EGI system, air-fuel mixing period is too short and formed a lot of fuel-film in the intake manifold and cylinder wall. This fuel-film is not burnt in cylinder, it is exhausted in the form of HC emission. In this paper, spray characteristics such as size distributions, SMD, and spray angle are measured by PMAS, and the fuel-film measuring device is developed specially. Using this device, the amount and distribution of fuel-film which flows into through valve can be measured Quantitatively. As the result of these experiments, the information of optimal spray characteristics and injection condition that minimize the fuel-film can be built up.
액체 연료 분포의 균일성과 대칭성은 연소 효율을 높이고, 공해 물질을 줄이는데 있어서 필수적인 요소이기 때문에 분무 패턴을 정량적으로 해석하는 것은 매우 중요하다. 고전적으로 사용되고 있는 mechanical patternator는 ⅰ) 유동을 교란시키고, ⅱ) 공간 분해능이 떨어지며, ⅲ) 복잡한 재순환 유동이나 화학 반응이 있는 유동에서의 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 레이저를 이용한 optical patternator에 대한 연구가 진행되고 있다. Optical patternator는 유동을 교란시키지 않으면서 고해상도의 분무 패턴 측정을 할 수 있다. 형광 신호는 물질의 체적에 비례한다. 따라서, 레이저 평면광을 분무에 조사시켜 주어서 유도되는 형광 신호를 이용하는 평면액체 레이저 유도 형광법(PLLIF : Planar Liquid Laser Induced Fluorescence)은 분무패턴을 알아보는 매우 유용한 방법이다.
The present study is mainly motivated to investigate the vaporization, auto-ignition and combustion processes in the high-pressure engine conditions. The high-pressure vaporization model is developed to realistically simulate the spray dynamics and vaporization characteristics in high-pressure and high-temperature environment. The interaction between chemistry and turbulence is treated by employing the Representative Interactive Flamelet (RIF) Model. The detailed chemistry of 114 elementary steps and 44 chemical species is adopted for the n-heptane/air reaction. In order to account for the spatial inhomogeneity of the scalar dissipation rate, the multiple RIFs are introduced. Numerical results indicate that the RIF approach together with the high-pressure vaporization model successfully predicts the ignition delay time and location as well as the essential features of a spray ignition and combustion processes.
The false diffusion occurs generally when the flow is oblique to the grid lines and when there is a non-zero gradient of the dependent variable in the direction normal to the flow. This numerical problem can overestimate diffusion terms in the continuous phase, causing the numerical inaccuracy for the simulation of impinging sprays on inclined walls because most of spray calculation uses rectangular grid system. Therefore, the main objective of this article is to investigate numerically the influence of false diffusion on numerical simulation for spray-wall impingement on inclined walls. It is found that unlike the spray impingement normal to the wall, the numerical diffusion exists in the case when diesel sprays impinge on the inclined walls with different angles. The results show that the correction function should be considered for accurate prediction of spray penetration length and more elaborate numerical schemes should be utilized to reduce the false diffusion.
The objective of this study is to compare atomization characteristics for differently made an ultrasonic twin-fluid nozzle. A spray system, an ultrasonic system, and three different type(Nozzle type, Tube type. Conventional type)are made and compared experimental and numerical results. In this investigation, the measurement and numerical analysis of spray droplet are to analyze the effects of ultrasonic energy on the agricultural atomization spray system in order to protection of dispersion droplets. It is clarified that ultrasonic energy forcing into a nozzle is valid to obtain atomization enchancement. As the result of comparing the experimental and numerical result, it is confirmed that nozzle type is highest efficiency than that of tube type and conventional type, also well fit, respectively.
액체추진제 추력기 인젝터로부터 발생하는 분무의 미립화 특성과 공간 분포를 파악하기 위해 이중모드 위상도플러속도계(DPDA)를 사용한다. 평균속도, Sauter 평균직경, 그리고 속도섭동과 같은 분무특성 인자들을 다양한 분무축 및 반경방향 위치에서 계측한다. 이러한 데이터를 반경축상에 정량화하고 직경과 난류강도와의 상관관계를 밝히는데 사용한다. 분무 동적거동의 가시적 이해를 돕기위해, 노즐 오리피스의 기하학적 축과 반경방향이 이루는 좌표에 분무입자들의 속도벡터를 도식화한다.
횡단류에 분사되는 액체 제트의 분무 및 연소 특성에 대한 수치적 연구를 수행하였다. 수치 계산을 위해 3차원의 분무 및 화학반응 유동 해석에 유용한 KIVA 코드를 횡단류에서의 분무 해석에 적합하도록 수정하여 사용하였다. 액주의 분열과 리거먼트 및 액적의 분열 현상을 해석하기 위하여 wave 모델과 KH-RT hybrid 모델이 사용되었다. 침투길이는 유입공기의 속도가 감소하거나 분사속도가 증가함에 따라 증가하였다. 유입공기의 속도가 증가할수록 계산결과의 오차가 크게 발생함을 알 수 있었다. 연소 특성에 대한 수치 해석으로 연소실 내부의 화염전파 형상과 국부지역에서의 온도및 공해 배출량에 대한 결과를 얻었다.
항공용 저출력 소형 가스터빈 엔진에 적용을 위한 연료 분사기의 분무 특성에 따른 반응 유동장에 대한 수치해석을 수행하였다. 인젝터의 개발에 있어 연료의 분무 상태가 엔진 성능에 큰 영향을 미치므로 다양한 변수에 대한 고려가 요구되고 있다. 본 연구에서는 정지 상태의 유동장에 분사기를 위치시키고 액적의 평균 직경, 분사 압력, 분사각을 변경하며 그에 따른 반응 특성을 살펴보았다. 해석 결과 분사압과 분사 각도가 클수록, 액적의 직경이 작을수록 활발한 반응이 일어나지만 분사압이 큰 경우 영역내에서 기화되는 연료량이 감소함을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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