The detachment stability characteristics of syngas $H_2$/CO jet attached flames were studied. The flame stability was observed while varying the syngas fuel composition, coaxial nozzle diameter and fuel nozzle rim thickness. The detachment stability limit of the syngas single jet flame was found to decrease with increasing mole fraction of carbon monoxide in the fuel. In hydrogen jet flames with coaxial air, the flame detachment stability was found to be independent of the coaxial nozzle diameter. However, velocities of appearance of liftoff and blowout velocities of lifted flames have dependence. At lower fuel velocity range, the critical coaxial air velocity leading to flame detachment increases with increasing fuel jet velocity, whereas at higher fuel velocity range, it decreases. This increasing-decreasing non-monotonic trend appears for all $H_2$/CO syngas compositions (50/50~100/0% $H_2$/CO). To qualitatively understand the flame behavior near the nozzle rim, $OH^*$ chemiluminescence imaging was performed near the detachment limit conditions. For all fuel compositions, local extinction on the rim is observed at lower fuel velocities(increasing stability region), while local flame extinction downstream of the rim is observed at higher fuel velocities(decreasing stability region). Maximum values of the non-monotonic trends appear to be identical when the fuel jet velocity is normalized by the critical fuel velocity obtained in the single jet cases.
The measurements of velocities of internal flow in a scaled-up nozzle were made by laser Doppler velocimetry in order to clarify the effect of internal flow on the characteristics of fuel spray. The investigated length to diameter ratio(L/d) of the orifice were 1, 3, 4, 5 and 8, and inlet radius to diameter ratio(r0/d) were 0 and 0.5. Mean and fluctuating velocities and discharge coefficients were obtained at various Reynolds number ranging between 15,000 and 28,000, and L/d ranging between 1 and 8 in sharp and round inlet nozzle. The turbulent intensity and turbulent kinetic energy at exit in a sharp inlet nozzle were higher than that in a round inlet nozzle. For sharp inlet nozzle, fluctuating velocities near exit were decreased with increasing L/d.
The effects of nozzle arrangements, nozzle distances and fuel flowrates on the flame stabilities such as flame length, liftoff height and blowout characteristics are investigated experimentally. Three nozzle arrangements - diamond 4 nozzle, linear 5 nozzle, cross 5 nozzle- are used. Flame interactions result in the increase of the blowout flowrates and constant turbulent liftoff heights. The flames separated about 10 nozzle diameters are sustained as nozzle attached flames to the higher fuel flowrates than the other separation cases. Normally flames are extinguished at the lifted states. Blowout flowrates are affected by the nozzle configuration, nozzle seperation distance. Blowout flowrates for the diamond- or cross- shaped nozzle arrangements are parabolic function of nozzle distances. Maximum blowout flowrates for the 5 nozzle configuration case except linear one is about 2.9 times that of single equivalent nozzle case. Turbulent liftoff heights are not function of flowrates for the interacting flames.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제17권3호
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pp.12-23
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1993
Combustion phenomenon in diesel engine is mainly governed by characteristics of fuel injection and fuel spray system affected by its dimensions and operating condition. Fuel supply system is consisted of fuel injection pump, high pressure pipe and injection nozzle. In order to develope the more economical diesel fuel injection system, it is in need to carryout the fairly wide range experiments, which is quite impossible. Therefore, theoretical analysis for the numberous parameters is powerful method in this case. In the present study, equations of continuity of fuel oil in fuel injection system are solved to obtain the flow and pressure variation in diesel fuel system affected by injection pump speed, plunger diameter, pipe length and nozzle opening pressure.
Multi-dimensional combustion analysis and experiment has been carried out to investigate the effects of the injector nozzle hole diameter and number on the NOx formation and fuel consumption in HYUNDAI HiMSEN engine. The behavior of spray and combustion phenomena in diesel engine was examined by FIRE code. Wave breakup and Zeldovich models were adopted to describe the atomization characteristics and NOx formation. Wallfilm model suggested by Mundo, et al. and auto-ignition model suggested by Theobald and Cheng were adopted to investigate the spray-wall interaction characteristics and ignition delay. The information of spray angle and spray tip penetration length was extracted from fuel spray visualization experiment and the fuel injection rate profile was extracted from fuel injection system experiment as an input and verification data for the combustion analysis. Next, the nine different nozzle configurations were simulated to evaluate the effect of injector hole diameter and number on the NOx formation and fuel consumption.
This paper present the diesel fuel spray evolution and atomization performance in a multi-hole nozzle in terms of injection rate, spray evolutions, and mean diameter and velocity of droplets in a compression ignition engine. In order to study the effect of split injection on the diesel fuel spray and atomization characteristic in a multi-hole nozzle, the test nozzle that has two-row small orifice with 0.2 mm interval was used. The time based fuel injection rate characteristics was analyzed from the pressure variation generated in a measuring tube. The spray characteristics of a multi-hole nozzle were visualized and measured by spray visualization system and phase Doppler particle analyzer (PDPA) system. It was revealed that the total injected fuel quantities of split injection are smaller than those of single injection condition. In case of injection rate characteristics, the split injection is a little lower than single injection and the peak value of second injection rate is lower than single injection. The spray velocity of split injection is also lower because of short energizing duration and small injection mass. It can not observe the improvement of droplet atomization due to the split injection, however, it enhances the droplet distributions at the early stage of fuel injection.
회전식 연료 노즐의 분무특성을 알기 위해서 고속회전 시험장치를 이용하여 실험적 연구를 수행하였다. 시험장치는 연료공급장치, 고속 회전장치 그리고 아크릴 케이스로 구성되어있다. Injection orifice의 직경 및 개수를 변화시켜가며 분무실험을 수행하였다. 액적의 크기 및 속도는 PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer)시스템을 이용하여 측정하였다. 실험결과로부터 Injection orifice의 직경 및 개수변화에 따른 회전식 노즐의 분무특성을 이해 할 수 있었다.
연소과정 중에 발생하는 질소산화물을 저감하는 기술인 MILD 연소에 대하여 연료노즐과 공기노즐의 위치와 공기유량을 변화하면서 나타나는 연소특성을 수치해석을 통하여 연구하였다. 본 연구의 MILD 연소로는 연료노즐과 공기 노즐 사이에 연소배기가스의 배출구가 있는 연소로를 이용하였다. 공기노즐은 8개, 연료노즐은 4개를 사용하였다. 연료노즐이 연소로 중앙 부근에 위치한 연소로의 경우에 공기유량이 적을 때는 연소반응대가 연료노즐에서부터 연소로 벽면으로 치우치게 되지만 공기유량이 커지면 연소반응대가 연료노즐 측에서 시작하여 연료노즐 상부로 형성된다. 공기노즐이 연소로 중앙부분에 위치한 경우에 공기유량이 적을 때는 연소반응대가 공기노즐 부근에서 시작하여 연소로 벽면으로 치우치지만 공기유량이 증가하면 연소반응대가 연료노즐 측으로 옮겨가게 된다. 두 가지 경우 모두 공기유량이 증가하면 연소반응대에서 최대온도가 증가하고 따라서 배기가스에서의 NOx 농도가 증가한다. 두 가지 노즐 위치에서의 NOx 생성을 비교해 보면 공기노즐이 연소로 중앙에 위치한 경우가 연료노즐이 연소로 중앙에 위치한 경우보다 NOx 농도가 현저히 적음을 알 수 있었다. 본 연구의 결과로부터 NOx 저감과 연료의 미연가스 배출을 감안할 때 공기노즐이 연소로 중앙에 위치하고 이론공기량에 해당하는 공기량을 분출할 때 NOx 생성에 가장 효과적임을 알 수 있었다.
The liquid phase LPG injection (LPLI) system (the third generation technology) has been considered as one of the next generation fuel supply systems for LPG vehicles, since it has a very strong potential to accomplish the higher power, higher efficiency, and lower emission characteristics than the mixer type(the second generation technology) fuel supply system However. when a liquid LPG fuel is injected into the inlet duct of an engine, a large quantity of heat is extracted due to evaporation of fuel. This leads to freezing of the moisture in the air around the outlet of a nozzle, which is called icing phenomenon. It may cause damage to the outlet nozzle of an injector or inlet valve seat. In this work, the experimental investigation of the icing phenomenon was carried out The results showed that the icing phenomenon and process were mainly affected by humidity of inlet air instead of air temperature in the inlet duel. Also, it was observed that the total ice formed around the nozzle weighs at about $150mg{\sim}260mg$ after injection for ten minutes. And some fuel species were found in the ice attached at the front side of a nozzle, while frozen ice attached at the back of a nozzle was mostly' consisted of moisture of inlet air. Therefore, some frozen ice deposit. detached from front nozzle of an injector, may cause a problem of unfavorable air fuel ratio control in the small LPLI engine.
Effects of Injector nozzle geometry and operating pressure conditions such as opening pressure, ambient pressure. and injection pressure on the transient fuel spray behavior have been examined by experiments. In order to clarify the effect of internal flow inside nozzle on the external spray, flow details Inside model nozzle and real nozzle were alto investigated both experimentally and numerically. for the effect of injection pressures, droplet sizes and velocities were obtained at maximum line pressure of 21 MPa and 105 MPa. Droplet sizes produced from the round inlet nozzle were larger than those from the sharp inlet nozzle and the spray angle of the round inlet nozzle was narrower than that from the sharp inlet nozzle. With the increase of opening pressure, spray tip penetration and spray angle were increased at both lower ambient pressure and higher ambient pressure. The velocity and size profiles maintained similarity despite of the substantial change in injection pressure, however, the increased injection pressure produced a higher percentage of droplet that are likely to breakup.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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