In this study, spray characteristics of the pressure swirl atomizer have teen investigated. Four atomizers with the different orifice diameter and five tangential ports with the different inlet number were fabricated. For the purpose of the measurement of the mean drop sine, Malvern particle sizer was used. And also discharge coefficient was measured and spray cone angle was measured by using shadow graphy method. As a result when the injection pressure was increased, mean drop size was decreased. And the dominant factor which influence on the spray characteristics of pressure swirl atomizer was orifice diameter.
In the pressure swirl atomizer, the liquid is injected through tangential passages into a swirl chamber, from which it emerges with both tangential and axial velocity components to form a thin conical sheet at the nozzle exit. This sheet rapidly attenuates, finally disintegrating into ligaments and then drops. The purpose of this study is to measure the spray characteristics according to variation of viscosity of the spray produced by the pressure swirl atomizer. The nozzle tested here were especially designed for this investigation. The discharge coefficient is determined by measuring the volume flow rate with a flow meter and the cone angle of the liquid sheets issuing from the nozzle is obtained from series of photographs of the sheet for various liquid viscosity and injection pressure. And mean drop size is measured by image processing method. It is found that the geometrical characteristics of the nozzle and the variation of viscosity were the influential parameters to determine the spray characteristics such as the cone angle, discharge coefficients and SMD.
본 연구는 액체로켓엔진에 장착되는 압력 선회 분사기의 분무 모델에 대해 연구하였고, 특히 액적분포함수에 대한 영향을 고찰하였다. KIVA에 기존의 함수인 $X^2$와 Rosin-Rammler 및 수정된 Rosin-Rammler 함수에 대해 이론적으로 고찰하였고, 액체로켓엔진에 장착되는 압력 선회 분사기와 유사한 경우에 적용하였으며, Rosin-Rammler 분포가 액체로켓엔진에 장착되는 압력 선회 분사기의 분무 특성에 잘 부합되는 것을 파악할 수 있었다.
Many researches on pressure-swirl injectors due to the variety of application have been conducted on the effects of nozzle design, operating conditions, properties of liquid and ambient conditions on the flow and spray characteristics. The breakup length of conical emulsified fuel sheet resulting from pressure-swirl atomizer using in the oil burner was investigated with the digital image processing method with neat light oil and emulsion with water content of lotto% and the surfactant content of 1-3%. The injection pressure ranged from 0.1 to 1.2 MPa was selected. The various regimes for the stage of spray development within the experimental conditions selected in this study is newly suggested in terms of Ohnesorge number and injection pressure. The breakup length for both criteria show the same tendency even though the random nature of perforation and disintegration process of liquid sheet. The stage of spray development is widely different with the physical properties of liquid atomized, mainly viscosity of liquid. The breakup length decreases smoothly with increase in the injection pressure for the lower viscous liquid.
단공 분사기와 선회형 분사기의 두 가지 연료분사기에 대해 2상 유동 수치해석을 수행하였다. 단공 분사기의 경우, 캐비테이션 모델을 적용하여 압력조건에 따른 유출계수, 캐비테이션 발생 영역 크기와 정도를 계산하여 분석하였으며, 실험결과와도 비교하였다. 선회형 분사기에서는 VOF모델을 적용하여 두 가지 형상에 대해 공기코어의 크기, 분무각, 그리고 벽 압력 분포 등을 실험결과와 비교했다.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part 1
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pp.4-5
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2006
An update and the latest results on molten metal atomization using a Pressure-Gas-Atomizer will be given. This atomizer combines a swirl-pressure atomizer, to generate a liquid hollow cone film and a gas atomizer to atomize the film and/or the fragments of the film. The paper is focused on powder production, but this atomization system is also applicable for deposition purposes. Different alloys (Sn, SnCu) were atomized to study the characteristics of the Pressure-Gas-Atomizer.
Studies to investigate the influence on hydraulic acoustic wave were conducted using pressure swirl atomizer under making frequency range from 0 to 60Hz using water as a propellant. Pressure oscillation from hydraulic sources gives a strong influences on atomization and mixing processes. The ability to drive these low frequency pressure oscillations makes spray characteristics changeable. The effect of pressure perturbation and its spray characteristics showed that low injector pressure with pressure pulsation gives more significantly than high injector pressure with pressure perturbation in SMD, spray cone angle, breakup length. Moreover, this data could be used for prediction of low combustion instability getting G factor.
Electrostatic pressure-swirl nozzle for practical oil burner application has been designed. The charge injection method has been used in this design, where the nozzle consists of a sharp pointed tungsten wire as a charge injector and the nozzle body grounded. The spray characteristics of the nozzles have been investigated by using an insulating liquid, i.e. kerosene without active surface agent. Breakup length of liquid decreased with an increase in applied voltage and injection pressure, while the spray angle increased with an increased in both applied voltage and injection pressure. An empirical equations have been suggested to predict the breakup length for electrostatic pressure-swirl atomizer. The experimental result was within the range of the predicted equations. The SMD decreased between the ranges of 2.8 ${\sim}$ 33% when the conventional nozzle was compared to the electrostatic with -10 kV applied to the electrode at a radial distance from 5 to 20 mm.
A theoretical and experimental study was carried out on the prediction of drop size distribution of the pressure swirl atomizer. Drop size distribution was obtained by using maximum entropy formal ism. Several constraints in the form of the definition of mean diameter were used in this formulation in order to avoid the difficulties of the estimating source terms. In this study $D_{10}$ was only introduced into the formulation as a constraint. A drop size obtained by using linear Kelvin-Helmholtz instability theory was considered as an unknown characteristic length scale. As a result, the calculated drop size was agreed well with measured mean diameter, particularly with $D_{32}$. The predicted drop size distribution was agreed welt with experimental data measured wi th Malvern 2600.
A theoretical and experimental study was carried out to predict the drop size distribution of the pressure swirl atomizer. Various analytical methods using the Kelvin-Helmholtz instability theory were tried to examine the wave growth on cylindrical liquid sheets. Cylinderical liquid sheets were extended to the case with the conical sheets. Perturbations due to tangential motion as well as longitudinal one were taken into account. And it was assumed that the breakup occurs when amplitude ratio exceeds exp(12), drop sizes were predicted only by theoretical approach. Drop size distribution was obtained by using maximum entropy formalism. Seven constraints in the form of the definition of mean diameter were used in this formulation in order to avoid the difficulties of estimating source terms. In this study $D_{10}$ only was introduced into the formulation as a constraint. The predicted drop size and drop size distribution agreed well with the measured data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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