The burning characteristics of interacting droplets with internal circulation in a convective flow are numerically investigated at various Reynolds numbers. The transient combustion of 2-dimensionally arranged droplets, both the fixed droplet distances of 5 radii to 40 radii horizontally and 4 radii to 24 radii vertically, is studied. The results obtained from the present numerical analysis reveal that the transient flame configuration and retardation of droplet internal motion with the horizontal or vertical droplet spacing substantially influence lifetime of interacting droplets. At a low Reynolds number, lifetime of the two droplets with decreasing horizontal droplet spacing increases monotonically, whereas their lifetime with decreasing vertical droplet spacing decreases due to flow acceleration. This flow acceleration effect is reversed when the vertical droplet spacing is smaller than 5 radii in which decreasing flame penetration depth causes the reduction of heat transfer from flame to droplets. At a high Reynolds number, however, lifetime of the first droplet is hardly affected by either the horizontal droplet spacing or flow acceleration effect. Lifetime with decreasing vertical droplet spacing increases due to reduction of flame penetration depth. Lifetime of interacting droplets exhibits a strong dependence on Reynolds number, the horizontal droplet spacing and the vertical droplet spacing and can be con-elated well with these conditions to that of single burning droplet.
The burning characteristics of interacting droplets with internal circulation in a convective flow are numerically investigated at various particle arrangement and size difference. In this simulation some conditions are fixed, surround gas temperature is 1250K, pressure is 10 atm and drolet's initial temperature is 300K. The transient combustion of arranged droplets, the fixed droplet distances of 4 radii to 20 radii horizontally, is studied. And the range of size of droplet is 75${\mu}m$ to 100${\mu}m$. The results obtained from the present numerical analysis reveal that the transient flame configuration and retardation of droplet internal motion with the horizontal spacing substantially influence lifetime of interacting droplets. At a Reynolds number 10, lifetime of the three droplets with decreasing horizontal droplet spacing increases monotonically. But when droplet spacing decreases further to 4radii, Lifetime of interacting droplets are increase. So Lifetime of interacting droplets exhibits a strong dependence on the horizontal droplet spacing and size difference. It can be investigated well with these conditions to that of single burning droplet.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.11
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pp.1595-1603
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2003
Droplet combustion at high ambient pressures is studied numerically by formulating one dimensional combustion model in the mixture of n-heptane fuel and air. The ambient pressure is supercritical conditions. The modified Soave-Redlich-Kwong state equation is used in the evaluation of thermophysical properties to account for the real gas effect on fluid p-v-T properties in high pressure conditions. Non-ideal thermodynamic and transport property at near critical and supercritical conditions are also considered. Several parametric studies are performed by changing ambient pressure and initial droplet diameter. Droplet lifetime decreased with increasing pressure. Surface temperature increased with increasing pressure. Ignition time increased with increasing initial droplet diameter. Temporal or spatial distribution of mass fraction, mass diffusivity, Lewis number, thermal conductivity, and specific heat were presented.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.10
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pp.1355-1363
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2002
An experimental study was conducted to investigate the interaction phenomena of droplet array combustion in ambient environment. The droplet with 1 mm in diameter was supported from an optical fiber and ignited with a hot wire. Combustion lifetimes and burning rate constants were measured for fuel of nheptane according to parameters, which were junction and suspender spacings, and array configuration. Results show that the burning process considerably depends on the initial away configuration. The d$^2$-law is found to be correct when applied to both of the droplets in away and the single droplet. For separation distance of about 5mm, there exists a critical state. So the transition from a merged flame to separated flames occurs and burning velocity is much faster than before. Combustion lifetime of the lower droplet is shorter than that of the upper droplet in the two-dimensional arrays combustion. Burning rate constants of the droplets in arrays are smaller than that of the single droplet, while they become higher as separation distance increases. Combustion lifetimes of the droplets in arrays are longer than that of the single droplet and decrease as separation distance increase. It is concluded that the array configuration and the mergedness of the flame are the most important factors governing multi-droplet combustion.
A study of high-pressure n-heptane droplet vaporization is conducted with emphasis placed on equilibrium at vapor-liquid interface. General frame of previous rigorous model[1] is retained but tailored for flash equilibrium calculation of vapor-liquid interfacial thermodynamics. The model is based on complete time-dependent conservation equations with a full account of variable properties and vapor-liquid interfacial thermodynamics. The influences of high-pressure phenomena, including ambient gas solubility, thermodynamic non-ideality, and property variation on the droplet evaporation are investigated. The governing equations and associated moving interfacial boundary conditions are solved numerically using a implicit scheme with the preconditioning method and the dual time integration technique. And a parametric study of entire droplet vaporization history as a function of ambient pressure, temperature has been conducted. Some computational results are compared with Sato's experimental data for the validation of calculations. For low ambient temperatures, the droplet lifetime first increases with pressures, then decreases for high pressures. For higher ambient temperatures, the droplet lifetime increase with less amplitude than that of low ambient temperatures, which then decreases with more amplitude than that of low temperatures. The solubility of nitrogen can not be neglected in the high pressure and it becomes higher as the pressure goes up.
Vaporization characteristics of a liquid heptane droplet in high-pressure and temperature flow field are numerically studied. Variable thermodynamic and transport properties and high-pressure effects are taken into account in order to consider real gas effects. Droplet Vaporization in convective environments was investigated on the basis of droplet vaporization in quiescent and convective environment. In quiescent environments, droplet lifetime is directly proportional to pressure at the subcritical temperature range but it is inversely proportional to pressure at the supercritical temperature range. In convective environment, droplet deformation becomes stronger by increasing Reynolds number due to increase of velocity while droplet deformation is relatively weak at a higher pressure for the same Reynolds number cases.
In this study, a numerical method for fuel droplet evaporation in cylinder of S.I. engine is presented. This study was newly defined non-dimensional critical droplet lifetime and modeled heating and evaporation processes of fuel droplet during intake and compression stroke of gasoline engine. The simulation results show that simultaneous increase of gas temperature and pressure in compression stroke seems to have compensative effect on droplet gasification rate. The environment variations in cylinder have little effect on the fuel droplet gasification process. The droplet size for full evaporation at the end of compression stroke can be estimated using this program.
Hyung Ju Lee;Won Yeong Hwang;Jing Hao Jin;Chang Kyoung Choi;Seong Hyuk Lee
Journal of ILASS-Korea
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v.28
no.3
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pp.113-118
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2023
This study investigates the evaporation characteristics of paired sessile droplets on a heated substrate. In particular, the evaporation time and contact line behaviors were analyzed based on the droplet-to-droplet distance and substrate temperature. The contact line behavior and volume variations were visualized using the shadowgraph method. It was observed that the contact diameter and contact angle exhibited similar behavior for both single and paired droplets regardless of the droplet-to-droplet distance and substrate temperature. The paired droplets demonstrated a longer evaporation time than the single droplet due to the vapor accumulation between the droplets. Furthermore, the scaled lifetime, defined as the ratio of evaporation time between paired and single droplets, increased as the droplet-to-droplet distance decreased and decreased as the substrate temperature increased, attributed natural convection.
Evaporation characteristics of single butanol gel fuel were investigated in different mass ratios of gellant and ambient temperatures. Gel fuel was made by adding the pure water and hydroxypropylmethyl cellulose (HPMC) into the 1-butanol. Increase of viscosity was observed when the loading of HPMC increased. The evaporation process of gel droplet could be divided into three stages: droplet heating, micro-explosion and crust formation. Elevation of ambient temperature helped boost the evaporation in all experimental cases, but the effect was mitigated when the mass ratio of HPMC increased. Increase of HPMC weight ratio reduced the evaporation rate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.5
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pp.1700-1716
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1996
The two-dimensional, unsteady, laminar conservation equations for mass, momentum, energy and species transport in the gas phase and mass, momentum and energy in the liquid phase are solved simultaneously in spherical coordinates in order to study heating and vaporization of a droplet entrained in the oscillating flow. The numerical solution gives the velocity and temperature distribution in both gas and liquid phase as a function of time. When the gas flow oscillates around an vaporizing droplet, the liquid flow circulates in the clockwise or counterclockwise direction and the temperature distribution in the liquid phase changes its shapes, depending on the gas fow direction. When the gas flow changes its direction of circulating liquid flow is opposite to the gas flow, forming two vortex circulating in the opposite direction. During the heating period, the difference in the maximum and minimum temperature is large, followed by the almost uniform temperature slightly below the boiling temperature. The mass and heat transfer from the droplet depend on the droplet temperature, droplet diameter and the magnitude of relative velocity, giving the droplet lifetime different from the d$^{2}$-law.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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