Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.8
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pp.589-595
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2009
The instability wave formed near nozzle region grows to vortex with large scale in downstream region of spray. It plays an important role in the fuel-air mixing, combustion process and engine exhaust emissions in direct injection diesel engine. The objective of this study is to analyze effect of variant parameters (injection pressure, ambient gas density, etc.) and fuel properties on spray instability near nozzle region. Spray structure near nozzle region was investigated using a magnification photograph. A pulsed Nd-YAG laser was used as a light source, and image was taken by CCD camera. The following conclusions are drawn from this experimental analysis. In low ambient density, the effect of fuel properties on spray instability near nozzle region is dominant. In high ambient density, the effect of ambient gas on spray instability near nozzle region is dominant. High jet velocity has strong influence on spray instability.
The liquid film thickness inside a pressure-swirl nozzle was measured, and then the measured liquid film thickness was compared with the results from previous empirical equations. The liquid film inside the nozzle was visualized using extended transparent nozzles and a microscopic imaging system, and then the measurement error was evaluated using optical geometry analysis. The high injection pressures up to 7MPa were adopted to simulate the injection conditions of the direct-injection spark-ignition engines. The totally different two injectors with different fuels, nozzle lengths, nozzle diameters and swirlers were utilized to obtain the comprehensive equations. The results showed that the liquid film thickness very slightly decreased at high injection pressures and the empirical equations overestimated the effect of injection pressure. Most of empirical equations did not include the effect of nozzle length and swirler angle, although it caused significant change in liquid film thickness. A new empirical equation was suggested based on the experimental results with the effects of fuel properties, injection pressure, nozzle diameter, nozzle length and swirler angle.
The scale is removed from the strip by high pressure hydraulic descaling at the FSB (Finishing Scale Breaker). Recently, the spray height of nozzle has a trend to be shorter for the purpose of increasing the impact pressure by the high pressure water jet. Here, the nozzle intervals should be decided after considering the impact pressure and the temperature distribution on the strip. In other words, the minimum of impact pressure at the overlap of spray influences the surface grade of the strip due to scale and the overlap distance of the spray affects the temperature variation in the direction of the width of strip. In the present study, the impact pressure of the high pressure water jet is measured by the hydraulic descaling system and calculated with regard to the lead angle of 15$^{\circ}$ and the offset angle of 15$^{\circ}$, and then the temperature distribution and the temperature variation are calculated at the overlap distances of 0 mm, 10 mm, 20 mm, and 30 mm, respectively. The method of setting nozzle intervals is shown by utilizing these results.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.8
s.185
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pp.47-53
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2006
The purpose of this study was to investigate the significant characteristics in spray of industrial etch-nozzle for the design of process. The experiment was carried out with different spray pressure and industrial nozzle in wet etch. The characteristics of liquid spray, such as axial velocity and sauter mean diameter measurements were obtained by PDA. And impact force was calculated from spray characteristics. It was found that the fluid with higher spray pressure resulted in the smaller SMD and the higher droplet velocity and impact force. The depth of etch was increased in case of high spray pressure. In the case of injection angle oscillated between $20^{\circ}$, the result indicated constant effect of etch. The correlation between the spray characteristics and etch ones were analyzed. The depth of etch had good positive correlation with axial velocity and impact force. The result clearly shows that the characteristics in wet etch are strongly related to the spray characteristics with process.
Flash boiling occurs in a couple of modern engineering systems and understanding its mechanism is important. In this experimental study, discharge coefficient of flash boiling spray from simple orifice nozzle was measured, and backlight imaging was acquired at injection pressure to 6.0 bar and temperature to 163℃ for the purpose. Pressurized water by pump was used for working fluid and was heated by electric heater and ejected through simple orifice nozzle diameter of 0.5 mm. High speed camera with long distance microscope was used for backlight imaging in two FoV having magnification of 3.3 and 0.64. The decrease of discharge coefficient according to degree of superheating and evolution of flash boiling spray imaged at various pressure and temperature were explained by the pressure field inside the injector.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.6
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pp.60-65
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2004
Numerical simulations and experiments have been carried out to investigate the effect of fuel injection nozzles on the combustion and NOx formation processes in a medium-speed marine diesel engine. Spray visualization experiment was performed in the constant-volume high-pressure chamber to verify the numerical results on the spray characteristics such as spray angle and spray tip penetration. Time-resolved spray behaviors were captured by high-speed digital camera and analyzed to extract the information on the spray parameters. Spray and combustion phenomena were examined numerically using FIRE code. Wave breakup and Zeldovich models were adopted to describe the atomization characteristics and NOx formation processes. Numerical results were verified with experimental data such as cylinder pressure, heat release rate and NOx emission. Finally, the effects of fuel injection nozzles on the engine performance were investigated numerically to find the optimum nozzle parameters such as fuel injection angle, nozzle hole diameter and number of nozzle holes. From this study, the optimum fuel injection nozzle (nozzle hole diameter, 0.32 mm, number of nozzle holes, 8 and fuel injection angle, $148^{\circ}$) was selected to reduce both the fuel consumption and NOx emission. The reason for this selection could be explained from the highest fuel-air mixing in the early phase of injection due to the longest spray tip penetration and the highest heat release rate after $19^{\circ}$ ATDC due to the increased injection duration.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.2
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pp.11-18
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2001
To clarify the influence of SAC shape of hole-type diesel nozzle on injection characteristics and spray patterns, the injection rate of three nozzle types(standard SAC nozzle, Needle-cut VCO nozzle and VCO nozzle) were measured by Zeuch's method and pictures of the sprays were taken by CCD camera. As the pump speed became higher, the injection characteristics of the three nozzles were different. Injection rate and perssure curves at the high pressure pipe in Needle-cut VCO nozzle were much more similar to the VCO nozzle than those of the SAC nozzle. When the needle was at pre-lift period for all speeds, the spray of the Needle-cut VCO nozzle showed almost the same shape as the SAC type nozzle. There was no differense in spray pattern at the needle full-lift periods.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.6
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pp.70-76
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2005
A new stratified charge combustion system has been introduced and developed for GDI engines. Before this new GDI system, the stratified mixture was formed by a high pressure swirl injector. But, the special feature of new system is employed of a thin fan-shaped fuel spray formed by a slit type nozzle. Also, this system has been adopted a shell-shaped piston cavity. We made high pressure gasoline injection system and investigated the fan-shaped spray characteristics such as spray tip penetration, spray angle, SMD and velocities of droplets using PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) system and spray visualization system to obtain the concept of the new design and the fundamental data for the next generation GDI system. The experiment was performed at the injection pressures of 5 and 9MPa under the atmospheric condition.
A nozzle with vortex generator was used to develop the low pressure nozzle with high atomization performance and the nozzle atomized the liquid by centrifugal shear forces. In order to analyze the atomization characteristics, a shadowgraphy method was used and the measurement of droplet size was performed by using laser diffraction analyzer. The liquid injection pressure was fixed as 0.03 bar which is very low pressure and the gas injection pressures were changed from 0 bar to 2.0 bar. As a result, the breakup was achieved at the air injection pressure of 0.25 bar and over. The nozzle with the orifice diameter of 0.4 mm and the orifice gap of 0.25 mm presented small droplet diameters under 50 at the air injection pressure of 0.75 bar.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.11a
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pp.686-691
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2010
Flash boiling takes place when the thermodynamic state of the liquid deviates from its saturation limit over which the liquid temperature exceeds by a certain degree of superheat. The liquid jet introduced into the lower pressure zone than the liquid saturation pressure experiences a sequence of the atomization and disintegrated into numerous faster and smaller droplets. In the present study spray characteristics for a flash swirl spray were experimentally investigated. Injectant temperature is raised by a high frequency dielectric heating method and local spray characteristics are instantly measured by Global Sizing Velocimetry (GSV, TSI Inc.). Dependence of dimensionless superheat degree and injection pressure on total and local SMDs and mean droplet size is quantitatively examined. The flash swirl spray has the relation in the injection pressure and nozzle diameter in order to determine the spray quality, including the dimensionless superheat degree. Small droplets occur in the void core and local droplet size distributions largely depend on the dimensionless superheat degree and the injection pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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