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.
Even though a relatively complete knowledge base has been established for diesel sprays, much of the knowledge cannot be directly translated to correlate the characteristics of gasoline spray. The macroscopic characteristics of gasoline impingement spray was investigated with photographic and image processing technique by Particle Motion Analysis System. The injector with single hole nozzle diameter of 0.28 mm was used in this experiment and the injection duration was selected as 10 msec. The injection pressure with 0.3, 0.35, and 0.4 MPa, impingement distance or 70, 100 and 130m, impingement angle or 0.15, 30 and $45^{\circ}$ were employed for the variables to affect the spray characteristics of impinging spray. It is clear that there is the analogy on the spray tip penetration between the gasoline impinging jet and diesel free jet. The spray tip penetration of impinging gasoline spray is proportional to the quarter power of the time after start of injection. The maximum height of impinging gasoline spray is also proportional to the quarter power of the time regardless of impingement distance, impingement angle and injection pressure. In addition, the effect of impingement angle on the spray tip penetration is significant according to the time after start of injection, even though there is minor effect in the initial stage of time after start of injection. Moreover, there is no remarkable effect of injection pressure on the spray tip Penetration under the experimental condition used in this study.
Spray impingement and fuel film formation models with cavitation have been developed and incorporated into the computational fluid dynamics code, STAR-CD. The spray/wall interaction process was modeled by considering the effects of surface temperature conditions and fuel film formation. The behavior of fuel droplets after impingement was divided into rebound, spread and splash using the Weber number and parameter K(equation omitted). The spray impingement model accounts for mass conservation, energy conservation, and heat transfer to the impinging droplets. The fuel film formation model was developed by integrating the continuity, momentum, and energy equations along the direction of fuel film thickness. Zero dimensional cavitation model was adopted in order to consider the cavitation phenomena and to give reasonable initial conditions for spray injection. Numerical simulations of spray tip penetration, spray impingement patterns, and the mass of film-state fuel matched well with the experimental data. The spray impingement and fuel film formation models have been applied to study spray/wall impingement in high-speed direct injection diesel engines.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.2
no.4
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pp.39-49
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1994
An experimental investigation was undertaken in a diesel spray to evaluate wall impingement behavior and droplet size distribution. Emphasis is placed on the possibility of the application for new combustion type which is based on OSKA-D type. Visualization were employed using optical scheme which was a spark shadowgraphy to observe the behavior of wall impingement caused by diesel spray vertically injected at the center of the combustion chamber. Droplet size measurements using Malvern system were made to quantify the visual observations with surface diameter of impingement. The effects of the surface dia. variation on the droplet size during injection with the wall impingement spray are discussed. It was found that for the wall impingement spray the droplet size becomes greatly small rather than the spray without the wall impingement and the droplet deposition rate of the injection fuel is decreased as the surface area of impingement becomes small.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.3
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pp.36-43
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2002
The characteristics of spray has much effect on performance and emissions for automobile, diesel engine, gas turbine and combustion engines. So spray behavior after impinging the wall is very important for prediction the engine performance. This studies examined about impingement spray considering ambient density(18,24,30kg/ms), temperature(293,473K), impingement angle(0,30,45°). The images of impingement spray were obtained by the high speed video camera. After that we analyzed impingement spray characteristics to use this images. In this experiment, we found that 1) The spray width is reduced by increasing the ambient gas density and temperature,2) The growth of downstream is increased by increasing the impingement angle.
The spray-wall impingement in diesel engines is important to mixture preparation, engine performance and pollutant emissions. The purpose of this paper is to study the effects of spray-wall impingement on fuel distribution, combustion and emission characteristics by using both experimental and numerical methods. To investigate the spray-wall impingement process, an impingement-chamber was designed and a visualization experiment system was also developed. The images of impinged spray and free spray were digitally recorded with an intensified CCD camera. To investigate the fuel distribution, combustion and emission characteristics of impinged spray in a real diesel engine, the fuel injection and combustion processes of an engine with impingement-chamber were simulated by CFD software. Equivalence ratio distribution results were obtained to understand the fuel distribution characteristics of the impinged spray. Some combustion and emission characteristics were also acquired and the results showed that ignition delay of impinged spray was shorter than that of free spray; NO emission of the impinged spray was significantly less than that of free spray, but soot emission of impinged spray was more than that of the free spray. This study found that the diesel engine with spray-wall impingement has significant potential to reduce NO emission.
The effects of the wall geometry on the spray-wall impingement process of a hollow-cone fuel spray emerging from a high-pressure swirl injector of the Gasoline Direct Injection (GDI) engine were investigated by means of a numerical method. The ized Instability Sheet Atomization (LISA) & Aerodynamically Progressed Taylor Analogy Breakup (APTAB) model for spray atomization process and the Gosman model were applied to model the atomization and wall impingement process of the spray. The calculation results of spray characteristics, such as a spray development process and a radial distance after wall impingement, compared with the experimental ones by the Laser Induced Exciplex Fluorescence (LIEF) technique. It was found that the radial distance of the cavity angle of 90$^{circ]$ after wall impingement was the shortest and the ring shaped vortex was generated near the wall after spray-wall impingement process.
In this paper, experimental study on the wan impingement spray of the common-rail diesel injector is performed. To examine the effect of various factors on the development of spray impinging on the wall, experiments were conducted at the various injection pressures. ambient pressures, wan distances from the injector tip, wall temperatures, and angles of wall inclination. The behaviors of the impingement spray ate visualized by using laser sheet methods and a ICCD camera. It is shown that the spray path penetration of the wall impingement spray increases with the increase of injection pressure, wall distance. wall temperature, wall angle. On the other hand the spray path penetration of the wan impingement spray decreases with the increase of ambient pressure.
Spray impingement model and fuel film formation model were developed and incorporated into the computational fluid dynamics code, STAR-CD. The spray/wall interaction process were modelled by considering the change of behaviour with surface temperature condition and fuel film formation. We divided behaviour of fuel droplets after impingement into stick, rebound and splash using Weber number and parameter K. Spray impingement model accounts for mass conservation, energy conservation and heat transfer to the impinging droplets. A fuel film formation model was developed by Integrating the continuity, the Navier-Stokes and the energy equations along the direction of fuel film thickness. The validation of the model was conducted using diesel spray experimental data and gasoline spray impingement experiment. In all cases, the prediction compared reasonably well with experimental results. Spray impingement model and fuel film formation model have been applied to a direct injection diesel engine combustion chamber.
In this study, an experimental investigation on the effects of the pressure ratio on the wall-impingement spray characteristics of nitrogen gas using a compressed natural gas (CNG) injector was conducted. The transient development of the impingement spray was recorded by a high speed camera with Z-type Schlieren visualization method. The spray behavior under various pressure ratio conditions were analyzed. The experimental results showed that the pressure ratio has positive effect on the development of spray wall-impingement. The effects of the above factor were evaluated in a constant volume chamber at atmospheric conditions. The data from test showed that, with the increase of the pressure ratio, the spray tip penetration (STP) quickly increases before the impingement and gradually increases after the impingement. Additionally, the spray velocity first increases and then sharply decreases on regardless of the injection pressure level. As the spray spreading angle increases, spray area and volume increases rapidly with the increase in STP at the beginning of injection, and finally entered a stable range, has a great correlation with the increase of pressure ratios.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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