Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.1
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pp.69-81
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1999
In this research computational methods for the droplet atomization and spray wall impingement are studied for the non-evaporating diesel fuel spray. The TAB(Taylor Analogy Breakup) model and Wave model are compared with experiments in order to describe droplet atomization process. The Watkins model and O'Rourke model are compared to simulate the spray wall impingement. As a result, It is found that the application of the Wave model has a good agreement with the experimental data in the case of high pressure injection. With regard to wall Impingement phenomena, it is found that the Watkins model is appropriate to the high temperature cylinder wall condition, while the O'Rourke model is appropriate to cold starting problem.
The spray/wall interaction is considered as an important phenomenon influencing air-fuel mixing in the internal combustion engines. In order to adequately represent the spray/wall interaction process, impingement regimes and post-impingement behavior have been modeled using experimental data and conservation constraints. The modeled regimes were stick, rebound, spread and splash. The tangential velocities of splashing droplets were obtained using a theoretical relationship. The continuous phase was modeled using the Eulerian conservation equations, and the dispersed phase was calculated using a discrete droplet model. The numerical simulations were compared to experimental results for spray impingement normal to the wall. The predictions for the secondary droplet velocities and droplet sizes were in good agreement with the experimental data.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.5
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pp.86-95
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2000
A modified spray impingement model has been developed, which is assessed against experiments for the impinging sprays on the small combustion chamber at various gas pressures. To investigate spray behaviors in the diesel combustion chamber, a transparent constant-volume chamber is made which is similar to the combustion chamber of the real diesel engine. The chamber is pressurized by N2 gas from 0 bar to 20 bar to find the effects of ambient pressures. The behaviors of spray injected into this chamber and dispersed after impingement on the cylinder wall is measured two-dimensionally using laser sheet Mie scattering method. The physical submodels have been properly modified to improve the prediction capability of original KIVA code to describe the spray behaviors after impingement on the curved cylinder wall. In terms of spray dynamics and evolution. numerical results give qualitatively good agreements with experimental data.
In a port fuel injection system of engine, a large part of fuel injected into an intake port adheres on its wall and inlet valve. Consequently, the wall impinging spray interaction might occur the generation of several harmful phenomena. There are uncontrollable mixture formation, an accidental backfire and unburned hydrocarbons. Therefore, it is important to analyze the fuel behavior during the spray-wall interaction. In this study, splash characteristics of impingement and reflecting or scattering behavior of droplets of fuel injected from EFI nozzle were studied experimentally. A test fuel used is LAWS and its physical characteristics are similar to the conventional gasoline except for the ignition point. Since the liquid film formed immediately after impinging on an impingement plate is unstable, it is easy to cause secondary disintegration. In addition, when the intermittently impingement on the impingement plate with LAWS, the splash ratio is around 0.6. If an injection period becomes longer, liquid film will become thick and the splash ratio will fall bout 10 percent. On the other hand, when the injection period of an intermittent spray is long, the same time lapse as a continuous spray is shown.
The effect of the shape of the side wall on vaporization and fuel mixture were investigated for the impinging spray of a direct injection(DI) gasoline engine under a variety of conditions using the LIEF technique. The characteristics of the impinging spray were investigated under various configurations of piston cavities. To simulate the effect of piston cavity configurations and injection timing in an actual DI gasoline engine, the parameters were horizontal distance from the spray axis to side wall and vertical distance from nozzle tip to impingement plate. Prior to investigating the side wall effect, experiments on free and impinging sprays for flat plates were conducted and these results were compared with those of the side wall impinging spray. For each condition, the impingement plate was located at three different vertical distances(Z=46.7, 58.4, and 70 mm) below the injector tip and the rectangular side wall was installed at three different radial distances(R=15, 20, and 25 mm) from the spray axis. Radial propagation velocity from spray axis along impinging plate became higher with increasing ambient temperature. When the ambient pressure was increased, propagation speed reduced. High ambient pressures tended to prevent the impinging spray from the propagating radially and kept the fuel concentration higher near the spray axis. Regardless of ambient pressure and temperature fully developed vortices were generated near the side wall with nearly identical distributions, however there were discrepancies in the early development process. A relationship between the impingement distance(Z) and the distance from the side wall to the spray axis(R) was demonstrated in this study when R=20 and 25 mm and Z=46.7 and 58.4 mm. Fuel recirculation was achieved by adequate side wall distance. Fuel mixture stratification, an adequate piston cavity with a shorter impingement distance from the injector tip to the piston head should be required in the central direct injection system.
This Paper addresses to spray characteristics in w-shaped diesel engine combustion chamber which has impingement parts for 4 sprays injected from an injector. The two-dimensional shapes have been chosen to avoid the difficulties for analysing the spray dynamics in the real chamber. The simple shapes are reproduced with same geometries in vertical or horizontal sections through the impingement lands. The spray developments are visualized with a high speed drum camera and shadowgraphy optical system, and the droplet sizes are measured by Malvern system. The detailed discussions m made for the two different combustion chamber shapes, which are new w-shape using spray wall impaction and general w-shape. The results show that the spray characteristics of the new shape are superior to those of the general w-shape.
Investigation on the fuel adhering on a wall was carried out experimentally to clarify the characteristics of impinging diesel sprays. Diesel sprays were injected into a high-pressure chamber of cold state and impinged to a wall having various impingement distances and ambient pressures. Photographs of both the fuel film and the post-impingement spray were taken through a transparent wall. Adhered fuel mass on a wall was measured by means of dividing into two types of fuel state: the fuel film itself; and sparsely adhered fuel droplets. Adhering fuel ratio was predicted and further the distribution of fuel mass for impinging diesel spray was analyzed as a function of time. As result, with an increase of the ambient pressure, both the maximum fuel film diameter and the adhered fuel ratio decreased. Based on some assumptions, the adhering fuel mass increased rapidly until the fuel film diameter approached the maximum value, and then increased comparatively gradually.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.4
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pp.132-138
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2006
Numerical analysis about atomization and wall impingement process of hollow-cone fuel spray is performed by a modified KIVA code with hybrid model. The atomization process is modeled by using hybrid breakup model that is composed of Linearized Instability Sheet Atomization(LISA) model and Aerodynamically Progressed Taylor Analogy Breakup(APTAB) model. The Gosman model, which is based on the droplet behaviors after impingement determined by experimental correlations, is used for spray-wall impingement process. The LIEF technique was used to compare the results with those of experiment. The calculations and experiments are carried out at the ambient pressures of 0.1 MPa and 0.5 MPa and the ambient temperature of 293K. It was found that the calculated results show satisfactory agreement with experimental ones.
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.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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