Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.3
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pp.97-105
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1998
High pressure injection is recently used to reduce the emissions and increase the power of DI diesel engine. This high pressure injection makes the spray strike the cylinder wall. This spray/wall impingement is known to affect the emission and performance of DI diesel engine such that it is very important to know the spray/wall impingement process. In this study, multidimensional computer program KIVA-II was used to clarify the effect of spray wall impingement by different injection spray angle with the spray/wall impingement model consiedering rebound and slide motion and also the improved submodel for liquid breakup, drop distortion model.
To understand the transient behavior of droplets after impingement in a diesel engine, a numerical model for diesel sprays impinging on a flat wall is newly developed by the proposition of several mathematical formulae to determine the post-impingement characteristics of droplets. The new model consists of three representative regimes such as rebound, deposition and splash. The gas phase is modeled in terms of the Eulerian conservation equations, and the dispersed phase is calculated using a discrete droplet model. To validate the new model, the calculated results are compared with several experimental data. The results show that the new model is generally in good agreement with the experimental data. Therefore, it is thought that the new model is acceptable for the prediction of transient behavior of wall sprays.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.4
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pp.86-100
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1998
The impingement of the fuel spray on the wall within the combustion chamber in compact high-pressure injection engines and on the intake port wall in port-fuel-inje- ction type engines is unavoidable. It is important to understand the characteristics of impinging spray because it influences on the rate of fuel evaporation and droplet distrib- ution etc. In this study, the numerical study for the characteristics of spray/wall interaction is performed to test the applicability and reliability of spray/wall impingement models. The impingement models used are stick model, reflect model, jet model and Watkins and Park's model. The head of wall-jet eminating radilly outward from the spray impingement site contains a vortex. Small droplets are deflected away from the wall by the stagnation flow field and the gas wall-jet flow. While the larger droplets with correspondingly higher momentum are impinged on the wall surface and them are moved along the wall and are rolled up by wall-jet vortex. Using the Watkins and Park's model the predicted results show the most reasonable trend. The rate of increase of spread and the height of the developing wall-spray is predicted to decrease with increased ambient pressure(gas density).
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.4
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pp.124-131
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2007
The numerical study on behavior of impinging spray from high-pressure swirl injector under various ambient temperatures was performed by using spray vaporization model and spray-wall impingement model implemented in modified KIVA code, and these spray models were estimated by comparison with experimental results. To compute the spray-wall impingement process, the Gosman model, which is based on the droplet behavior after impingement determined by experimental correlations, was used. The modified Abramzon and Sirignano model, that includes the effects of variable thermodynamic properties and non-unitary Lewis number in the gas film, was adapted for spray vaporization process. The exciplex fluorescence measurements were also conducted for comparison. The experimental and numerical analysis were carried out at the ambient pressures of 0.1 MPa and at the ambient temperature of 293 K and 473 K, and the spray characteristics, such as spray-wall impingement process, gas velocity field, SMD and vapor concentration, were acquired. It was found that the impinging spray develops active and SMD is small at vaporization conditions.
In the present article, recent progress of spray-wall interaction research has been reviewed. Studies on the spray-wall interaction phenomena can be categorized mainly into three groups: experiments on single drop impact and spray (multiple-drop) impingement, and development of comprehensive models. The criteria of wall-impingement regimes (i.e., stick, rebound, spread, splash, boiling induced breakup, breakup, and rebound with breakup) and the post-impingement characteristics (mostly for splash and rebound) are the main subjects of the single-drop impingement studies. Experimental studies on spray-wall impingement phenomena cover examination of the outline shape and internal structure of a spray after the wall impact. Various prediction models for the spray-wall impingement phenomena have been developed based on the experiments on the single drop impact and the spray impingement. In the present article, details on the wall-impingement criteria and post-impingement characteristics of single drops, external and internal structures of the spray after the wall impact, and their prediction models are reviewed.
Flow characteristics of jet impingement over concave hemispherical surface with effusion cooling holes is relatively more complex than that of a flat surface, so the experimental validation for computational fluid dynamics (CFD) results is important. In this study, experimental results were compared with simulation results obtained by assuming different turbulence models. The vortex was observed in the region between the central jets where the recirculation structure appeared. The different patterns of vorticity distributions were observed for each turbulence models due to different interaction of the injected jet flow. Among them, the transition k-kl-ω model predicted similarly not only the jet potential core region with higher velocity, but also the recirculation region between the central jets. From the validation, it may be helpful to accurately predict heat and mass transfer in jet impingement/effusion hole system.
The present article presents an extension to the computational model for spray/wall interaction and liquid film processes that has been dealt with in the earlier studies (Lee and Ryou, 2000a). The extensions incorporate film spread due to impingement forces and dynamic motion induced by film inertia to predict the dynamic characteristics of wall films effectively. The film model includes the impingement pressure of droplets, tangential momentum transfer due to the impinging droplets on the film surface and the gas shear force at the film surface. Validation of the spray/wall interaction model and the film model was carried out for non-evaporative diesel sprays against several sources of experimental data. The computational model for spray/wall interactions was in good agreement with experimental data for both spray radius and height. The film model in the present work was better than the previous static film model, indicating that the dynamic effects of film motion should be considered for wall films. On the overall the present film model was acceptable for predication of the film radius and thickness.
The present article aims to perform numerical calculations for inter-spray impingement of two diesel sprays under a high injection pressure and to propose a new hybrid model for droplet collision on the basis of literature findings. The hybrid model is compared with the original O'Rourke's model, which has been widely used for spray calculations. The main difference between the hybrid model and the O'Rourke's model is mainly in determination of the collision threshold condition, in which the preferred directional effect of droplets and a critical collision radius are included. The Wave model involving the cavitation effect inside a nozzle is used for predictions of atomization processes. Numerical results are reported for different impingement angles of 60°and 90°in order to show the influence of the impinging angle on spray characteristics and also compared with experimental data. It is found that the hybrid model shows slightly better agreement with experimental data than the O'Rourke's model.
NUFLEX is a general purpose thermo/fluid flow analysis program which has various physical models including spray. In NUFLEX, spray models are composed of breakup and collision models of droplet. However, in case of diesel engine, interaction between wall-film and impingement model considering heat transfer is not coded in NUFLEX. In this study, Lee & Ryou impingement & wall-film model considering heat transfer is applied to NUFLEX. For the verification of this NUFLEX program, numerical results are compared with experimental data. Differences of film thickness and radius between numerical results and experimental data are within 10% error range. The results show that NUFLEX can be used for comprehensive analysis of spray phenomena.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.7
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pp.1010-1019
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2000
The main purpose of this article is to propose and assess a new spray impingement model considering film formation, which is capable of describing the droplet distribution and film flows in direct injection diesel engines. The spray-wall interaction model includes several mathematical formulae, newly made by the energy conservation law and some experimental results. The model consists of three representative regimes, rebound, deposition and splash. In addition, the film flow is described in the present model by solving the continuity and momentum equations for film flows using the integral method. To assess the new spray impingement model, the calculated results using the new model are compared with several experimental data for the normally impinging diesel sprays. The film model is also validated through comparing film radius and thickness against experimental data. The results show that the new model is generally in better agreement with experimental data and acceptable for prediction of the film radius and thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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