It is important to study on the combustion instability to develop liquid rocket engines for preventing lower combustion efficiency and destruction of combustion chamber. There are many researches on simplex injector with liquid pulsation to solve this problem. In real rocket engine system, however, they use coaxial injectors. Therefore, research on coaxial injector with liquid pulsation is essential. In this study, we investigate dynamic characteristics of gas centered swirl coaxial injector varying tangential inlet diameter. A mechanical pulsator was used to generate an excitation in the liquid flow, and the response characteristics of the injector were confirmed. As tangential inlet diameter increased, mass flow rates increased and spray angle decreased. As tangential inlet diamter decreased, gain decreased because the pressure fluctuation in the injector manifold rarely passed through the inlet. Additionally, it was confirmed that a sufficiently small tangential inlet served as a damper.
Im, Ji-Hyuk;Kim, Dong-Jun;Yoon, Young-Bin;Bazarov, V.
Journal of ILASS-Korea
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v.10
no.3
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pp.29-37
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2005
The spray and acoustic characteristics of a gas/liquid swirl coaxial injector are studied experimentally. The self-pulsation is defined as a pressure and flow rate oscillations by a time-delayed feedback between liquid and gas phase. Self-pulsation has strong influences on atomization and mixing processes and accompanies painful screams. So. the spray and acoustic characteristics are investigated. Spray patterns are observed by shadow photography technique in order to determine the onset of self-pulsation. And self-pulsation boundary with Injection conditions and recess length is get. To measure the frequency of the spray oscillation. oscillation of the laser intensity which passes through spray is analyzed by Fast Fourier Transform. For acoustic tests, a PULSE System was used. Acoustic characteristics of a swirl coaxial injector are investigated according to the injection conditions. such as the pressure drop or the liquid and gas phase. and injector geometries. such as recess length and gap size between the inner and outer injector. Front the experimental results. the increase of recess length leads to the rapid increase of the sound pressure level. And as the pressure drop of the liquid phase increases. the frequency of the self?pulsation shifts to the higher frequency. The frequency of spray oscillations is the same as that of the acoustic fields by self-pulsation.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.228-233
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2004
The spray and acoustic characteristics by the self-oscillation of a swirl coaxial injector were experimentally studied. The self-oscillation of a swirl coaxial injector is defined as pressure and flowrate oscillations by a time-delayed feedback between liquid and gas phase and has strong influences on atomization and mixing processes. Hence the occurrence and effect of the self-oscillation are measured using shadow photography technique, acoustic test and PDPA. The occurrence of self-oscillation largely depends on the injection conditions, such as pressure drop of liquid phase and relative momentum ratio. From the experimental results, self-oscillation occurs when the momentum of gas phase is enough large and the smaller the pressure drop of liquid phase is, the better self-oscillation occurs at the same momentum ratio. The self-oscillation is also affected by injector geometries, increasing the recess length results in the expansion of self-oscillation region and the increase of sound pressure level. The self-oscillation of a swirl coaxial injector accompanies a high intensity scream and this scream may provide harmful disturbances to combustion processes. Self-oscillation leads to strong changes in the drop size distribution and smoothly varies the slope of radial SMD distribution.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.27
no.1
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pp.27-36
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2023
To understand the atomization performance in gas-liquid swirl-coaxial injector applied to a small rocket engine, a cold-flow test was performed by varying the design parameters and supply condition of propellants. As the swirl-chamber diameter and the angle of the convergent section, which are design parameters of injector increased, the spray performance of the injector improved by increasing the swirl strength. In addition, as the gas-liquid momentum-flux ratio increased, the gas flow separated some of the droplets from the liquid film, and a gas-droplet mixture core was formed in the center of the spray sheet.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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v.y2005m4
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pp.322-326
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2005
The spray and acoustic characteristics of a swirl coaxial injector are studied experimentally. The spray and acoustic characteristics of a swirl coaxial injector are investigated according to the injection conditions, such as the pressure drop of the liquid and gas phase, and injector geometries, such as recess length and gap size between the inner and outer injector.
Combustion instability is critical problem in developing liquid rocket engine. There have been many efforts to solve this problem. In this study, the method was sought through the injector as part of these efforts to suppress combustion instability. If the injector can suppress the disturbance coming from the supply line as a kind of buffer it will serve to reduce combustion instability. Especially we target at gas propellant oscillation in gas-centered swirl coaxial injector. The phenomenon is simulated with acoustic excitation of speaker. The film thickness response at injector exit was measured by using a liquid film electrode. Also the response of spray to the disturbance was observed by high-speed photography. Gas-liquid momentum flux ratio and the frequency of feeding gas oscillation were changed to investigate the effect of these experimental parameters. The trend of response by varying these parameters and the cause of weak points was studied to suggest the better design of injector for suppressing combustion instability.
In this study, a cold-flow test was conducted under ambient conditions to investigate the impact of key geometrical parameters on the spray characteristics of coaxial injectors. Two types of injectors were examined: shear coaxial and swirl coaxial. The primary geometrical variables considered were the recess length and taper angle. The effects of each geometric parameter on the pressure drop, discharge coefficient, breakup length, and spray angle were analyzed. In the swirl coaxial injector, the recess length and the presence of taper affected the discharge coefficient more than in the shear coaxial injector. In terms of breakup length and spray angle, the shear coaxial injector and the swirl coaxial injector showed different results, due to the combination of the jet or swirl injection of the oxidizer and the geometrical variables of the injector. The breakup length and spray angle of the swirl coaxial injector were superior to those of the shear coaxial injector. It is expected that the swirl coaxial injector will have better combustion performance in hot-firing tests.
This study was aimed to assess combustion stability for coaxial swirl injector and FOOF impinging injector which would be candidates in liquid rocket engine combustors. Simulating combustion tests under atmospheric condition have been conducted by gaseous oxygen and the mixture of methane and propane, using two actual injectors. By analyzing the measured dynamic pressure signals, we have evaluated the combustion stability margin of both injectors by drawing a stability map.
When a recess is applied to a swirl coaxial injector that uses liquid and gas propellants, a self-pulsation phenomenon in which the spray oscillates at regular intervals may occur. The phenomenon is caused by the interaction between the liquid and gas propellants inside the injector recess region. The propellants' kinetic energies are expected to affect significantly the spray oscillation. Therefore, cold-flow tests using helium as a gas-simulating propellant were conducted and compared with the results of the previous study using air. Dynamic pressure was measured in the injector manifold and frequency characteristics were investigated through the fast Fourier transform analysis. In the experimental environment, the helium density was about seven times lower than the air density. Accordingly, the intensity of pressure fluctuations was confirmed to be greater when air was used. At the same kinetic energy condition, the perturbation frequency was almost identical in the low flow rate conditions. However, as the flow rate increased, the self-pulsation frequency was higher when helium was used.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2005.11a
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pp.247-250
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2005
In the case of appling a unielement injector developed for a full scale liquid rocket combustor, a operating condition or configuration of the injector is changed by combustion pressure, arrangement and injector quantity of a full scale liquid rocket combustor. In order to verify application, swirl coaxial injectors propelled by jet-A1 and liquid oxygen are tested at different conditions of a combustion pressure, a flowrate and an injector length. As a test result, the application of the present swirl coaxial injectors is excellent because an efficiency of a characteristic velocity is increased at the each test condition beyond that variation of dynamic pressure intensity is small.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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