Interface tracking of two phase is significant to analyze multi-phase phenomena. The VOF(Volume of Fluid) and level set are well known interface tracking method. However, they have limitations to solve compressible flow and incompressible flow at the same time. CIP(Cubic Interpolate Propagation) method is appropriate for considering compressible and incompressible flow at once by solving the governing equation which is divided up into advection and non-advection term. In this article, we analyze the droplet impingement according to various We number using improved CIP method which treats nonlinear term once more comparison with original CIP method. Furthermore, we compare spread radius after droplet impingement on the wall with the experimental data and original CIP method. The result using improved CIP method shows the better result of the experiments, comparison with result of original CIP method, and it reduces the mass conservation error which is generated in the numerical analysis comparison with original CIP method.
In the present study, spread-recoil behavior of a drop of shear-thinning liquid (xanthan solution) on a dry wall (polished stainless-steel plate) was examined and compared with that of Newtonian liquid (glycerin solution). Nine different kinds of xanthan and glycerin solutions were tested, including three pairs of xanthan and glycerin solutions, each having the same viscosity in low shear rate region ($10^{-2}-10^0\;l/s$). The drop behavior was visualized and recorded using a CCD camera. The maximum diameter and the spreading velocity of the xanthan drops turned out to be significantly larger and the time to reach their final shape was much shorter compared to the cases with the glycerin solutions, due to the smaller viscous dissipation resulted from lower viscosity in the higher shear rate region (>$10^0\;l/s$). As a result, the maximum diameters were measured to be larger than the predicted values based on the model proposed for Newtonian liquids, and the deviation was more pronounced with the solution with the larger viscosity variation. Consequently, viscosity variation with the shear rate was found to be a dominant factor governing the spread-recoil behavior of shear-thinning drops.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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제12권1호
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pp.16-22
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2008
The effect of two-phase spray injected into subsonic cross-flow was studied experimentally. External-mixing of two-phase spray from orifice nozzle with L/d of 3 was tested with various air-liquid ratio that ranges from 0 to 59.4%. Trajectory of spray and breakup phenomena were investigated by shadowgraph photography. Detailed spray structure was characterized in terms of SMD, droplet velocity, and volume flux using PDPA. Experimental results indicate that penetration length was increased and collision point of liquid jets approached to nozzle exit and distributions of mist-like spray were obtained by increasing air-liquid ratio.
Hydrophobic characteristics of high temperature metal surface were investigated by high-speed visualization of water droplet impact. An aluminum plate was used as the sample plate and the initial diameter of a water droplet was 2 mm. Transient behavior of a single droplet impinging on the surface with and without heating was captured by using a high speed camera running at 4,000 frames per second. The Leidenfrost phenomenon was demonstrated for the case of $300^{\circ}C$ surface temperature, however there was no rebounding of droplet on the cold plate due to hydrophilic nature. The experimental results show that the shape evolution of a droplet impinging on the surface varies with the Weber number, i.e. the ratio of impact inertia to capillary force. The overall water-repellent characteristics of the heated surface was very similar to that of the super hydrophobic surfaces.
An experimental study is presented for water droplet impingement on a steel surface in the process of heat treatment. The objective of the present work is to examine characteristic of evaporation cooling due to surface roughness and droplet diameter under conductive heat input condition. The surface temperatures varied from $80{\sim}155^{\circ}C$, surface roughness was from $R_a=0.12{\mu}m$ to $R_a=1.14{\mu}m$ and droplet diameter was from 2.4 mm to 3.0 mm. The results show that the total evaporation time is shorter for the larger surface roughness and the smaller droplet size, the time average heat flux has maximum value for the larger surface roughness and the smaller droplet size. The total evaporation time has not influence on the nuclear boiling region.
Oh, Jinho;Kim, Hyun Dong;Lee, Jung-Eon;Yang, Jun Hwan;Kim, Kyung Chun
Journal of the Korean Society of Visualization
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제19권3호
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pp.39-45
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2021
An experiment to visualize fine dust captured by FOG droplet is conducted. Coal dust with 23.56 MMD (Mean Median Diameter) and water with 17.02 MMD is used as fine dust and FOG droplet. Long distance microscope and high-speed camera are used to capture the images of micro-scale particles sprinkled by acrylic duct. After measuring and comparing the size of the coal dust and FOG droplet to MMD, process to seize the coal dust with FOG droplet is recorded in 2 conditions: Fixed and Floated coal dust in the floated FOG droplet flow. In both conditions, a coal dust particle is collided and captured by a FOG droplet particle. A FOG droplet particle attached at the surface of the coal dust particle does not break and remains spherical shape due to surface tension. Combined particles are rotated by momentum of the particle and fallen.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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제18권12호
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pp.74-79
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2017
The fire extinguishing performance of hybrid nozzle systems is improved by injecting an extinguishing agent concentrically into the target site and, in this study, water mist is used as a water curtain to confine the droplets of the agent. In this study, we numerically investigated the effect of the foundation angle and injection pressure on the performance of a hybrid nozzle by evaluating the mean radius of the volume fractions of the agent and water mists. An experiment involving a water mist nozzle was carried out to validate the numerical method and then the droplet behaviors, e.g., stochastic collision, coalescence and breakup, were calculated with 2-way interaction Discrete Particle Modeling (DPM) in the steady state for the hybrid nozzle system. The mean radius of the water mists increased by about 40 %, whereas that of the agent decreased by about 21 %, when the injection pressure was increased from 30 bar to 60 bar. In addition, the mean radius of the agent increased by about 24 % as the foundation angle of the hybrid nozzle head increased from $30^{\circ}$ to $60^{\circ}$. As a result, it can be inferred that the injection angle and pressure are important factors for hybrid water mist designs.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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제6권5호
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pp.174-181
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1998
Experimental and analytical studies are presented to characterize the break-up mechanism and atomization processes of the intermittent- impinging-type nozzle. Gasoline jets passing through the circular nozzle with the outlet diameter of 0.4mm and the injection duration of 10ms are impinged on each other. The impingement of fuel jets forms a thin liquid sheet, and the break-up of the liquid sheet produces liquid ligaments and droplets subsequently. The shape of liquid sheets was visualized at various impinging velocities and angles using the planer laser induced fluorescence (PLIF) technique. Based on the Kelvin-Helmholtz wave instability theory, the break-up length of liquid sheets and the droplet diameter are obtained by the theoretical analysis of the sheet disintegration. The mean diameter of droplet is also estimated analytically using the liquid sheet thickness at the edge and the wavelength of the fastest growing wave. The present results indicate that the theoretical results are favorably agreed with the experimental results. The size of droplets decreases after the impingement as the impinging angle or the injection pressure increase. The increment of the injection pressure is more effective than the increment of the impinging angle to reduce the size of droplets.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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제19권1호
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pp.251-262
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1995
The goal of this study is to provide fundamental information on the design of a new diesel injector system. The cylindrical disk spray was made by an impinging disk insited below the exit of air-assist atomizor. The disintegration processes on a twin-fluid atomization by air-assist atomizor were investigated. Liquid jet was disintegrated at the condition that wavelength was equal and longer than the circumference of the liquid jet, .lambda. .geq. .pi.do. However, the wavelength and the diameter of the liquid jet were decreased according to the increasing of air velocity. The relative density distribution of droplets and pattern of spray by impinging disk were investigated with a C-CCD. Optimum design conditions for cylindrical disk spray were also achieved. The pattern of cylindrical spray can classified according to the size of the disk and the distance from the nozzle tip to the disk. When the space of the disk and the nozzle tip was narrow and the diameter of the disk was larger than that of the air orifice of the nozzle exit, the good distribution of spray could be achieved. When the air flowrate was constant, the spray width was decreased according to the increasing of the liquid flowrate. When the liquid flowrate was constant, the spray width was decreased according to the increasing of the air flowrate.
The breakup behaviors of impinging droplet on a hot surface are studied experimentally. The droplets are produced by the dripping method and the breakup behaviors of liquid droplet are recorded by photographs. Experimental conditions are, droplet diameter di : 2.5, 3.2 [mm], weber number : $30{\sim}140$, surface temperature : $28^{\circ}C(room\;temperature){\sim}450^{\circ}C$. Water is used to liquid. As weber number of droplet increases, a liquid sheet, which is formed after the impingement on a hot surface, is disintergrated by the dynamical effect. But at low weber number, it has effected by thermodynamical effect. The breakup behaviors of droplet are divided into three patterns with weber number and surface temperature, non-disintegration, transition and disintegration region. Further, these boundary values are affected by the hot surface temperature and weber number. SMD of breakup droplets are calculated in according to surface temperatures and weber number. The minium SMD of breakup droplets are observed at weber number 65.49, temperature $250^{\circ}C$ and weber number 99.08, temperature $350^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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