Kim, Seung-Han;Han, Yeoung-Min;Seo, Seong-Hyeon;Moon, Il-Yoon;Lee, Kwang-Jin
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2006.08a
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pp.451-454
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2006
This paper describes the results of cold flow test and hot firing tests of an uni-element coaxial swirl injector and hot firing tests of a subscale combustor, as to the development effort of coaxial swirl injector for high performance liquid rocket engine combustor. A major design parameter for coaxial swirl injector is the recess number of a bi-swirl injector. The results of hot firing tests of the uni-element injector combustor and the sub-scale combustor are analyzed to investigate the effect of the recess number influencing on the combustion performance and pressure fluctuation. The test results of a cold flow test of the unielement combustor shows that it was shown that the change in recess number has significant effect on mixing characteristics and efficiency, while the effect of recess number on atomization characteristic is not The results of a series of firing tests using unielement and subscale combustor show that the recess length significantly affects the hydraulic characteristics, the combustion efficiency, and the dynamics of the liquid oxygen/kerosene bi-swirl injector. As a point of combustion performance, combustion efficiencies are 90% for unielement combustor and 95% for subscale combustor. The difference in the characteristic velocities between the unielement combustor and the subscale combustor may be caused by the difference in thermal loss to the combustor wall and the relative lengths of the combustion chamber. For a mixed type coaxial swirl combustor, the pressure drop across the injector increases as recess number becomes larger. The low frequency pressure fluctuation observed in unielement combustor can be related to the propellant mixing characteristics of the coaxial bi-swirl injector. The effect of the recess number on the pressure fluctuation inside the combustion chamber is more significant in un i-element combustor than the subscale combustor, of which the phenomena are also observed in time domain and frequency domain.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.3
no.1
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pp.1-8
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2002
A numerical analysis was performed on the fluid flow in injector orifice of a liquid rocket engine. The present computational code was verified against the published data for turbulent flow in a pipe with a sudden expansion-contraction. Considered were the parameters for the flow analysis in an injector orifice: Reynolds number, ratio of mass flow rate of the injector orifice and inlet flow rate, and slant angle of the injector orifice. The discharge coefficient increased slightly as the Reynolds number increased. The slant angle of the injector changed critically the discharge coefficient. The discharge coefficient increased by 7% when the slant angle changed from $-30^{\circ}$ to $30^{\circ}$ The ratio of mass flow rate had relatively little impact on the discharge coefficient.
The effects of fuel density and fuel viscosity on spray characteristics were investigated under two different gas turbine fuels and various fuel supply pressure conditions through measurement of SMD, number density and volume flux by using PDPA system in dual orifice injector for gas turbine engines. In this study, we found out that the droplet size and spray structure are strongly depend on fuel density for dual orifice injector. The spray characteristics of high density fuel in dual orifice injector are similar with the characteristics of low density fuel in single orifice injector. The shear region between primary main fuel stream and secondary main fuel stream is examined in low density fuel condition but not exist in high density fuel condition, then this shear region is very important in quality of gas turbine spray. There are worth consideration for the effect of fuel density on spray characteristics in frontal device design to improve combustion efficiency.
The breakup characteristics of liquid sheets formed by the impinging and swirl type injectors were studied as increasing the Weber number (or injection condition) and the ambient gas pressure to 4.0.MPa. In the case of impinging type injector. we compared the changes of breakup lengths between laminar and turbulent sheets. which are formed by the impingement of laminar and turbulent jets. respectively. The results showed that both sheets expand as increasing the injection velocity irrespective of the ambient gas density when the gas based Weber number is low. When the Weber number is high, however, the breakup of turbulent sheet depends on the hydraulic force of jets as well as the aerodynamic force of ambient gas which determines the breakup of laminar sheet. Using the experimental results. we could suggest empirical models on the breakup lengths of laminar and turbulent sheets. In the case of swirl type injector. as $We_l$, and ambient gas density increased, the disturbances on the annular liquid sheet surface were amplified by the increase of the aerodynamic forces. and thus the liquid sheet disintegrated near from the injector exit. Finally, the measured breakup length of swirl type injector according to the ambient gas density and $We_l$, was compared with the result by the linear instability theory. We found that the corrected breakup length relation derived from linear instability theory considering the attenuation of sheet thickness agrees well with our experimental results.
Combustion characteristics of full-scale gas generators were studied experimentally by changing the injector number installed at the injector head. Three full-scale gas generators were utilized; they have same total mass flow rate but mass flow rates per injector are different. Thirteen, nineteen and thirty seven injectors, which have internal-mixing and double-swirl characteristics, are distributed in injector heads, respectively. The results showed that pressure fluctuations in the gas generators with 13 and 19 injectors didn't occur around longitudinal resonant frequency, however longitudinal-mode pressure fluctuation appeared slightly in the gas generator with 37 injectors. As the number of injectors increased, deviations of temperature distribution in the combustion chamber decreased gradually, but the damage of injector LOx posts became a little severe.
Seo, Seong-Hyeon;Lee, Kwang-Jin;Han, Yeoung-Min;Kim, Seung-Han;Kim, Jong-Gyu;Seol, Woo-Seok
한국연소학회:학술대회논문집
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2003.12a
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pp.131-136
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2003
Experimental study on combustion characteristics of double swirl coaxial injectors has been conducted for the assessment of critical design parameters of injectors. A subscale thrust chamber has been fabricated with a water-cooled copper nozzle, which allows a chamber to be reused without replacing parts. Two different designs of injectors have been tested for the understanding of the effects of recess length on combustion. Clearly, the recess length drastically affects the combustion efficiency and hydraulic characteristics of the injector. Internal mixing of propellants in the injector with the recess number of two increases a combustion efficiency and reveals sound combustion although a pressure drop required for the similar amount of mass flow rates increases compared with the injector of the recess number of one.
This paper This paper presents effect of nozzle hole number on spray characteristics and engine performance. Experiments were conducted to measure spray penetration and SMD distributions using a spray visualization system and PDPA (phase Doppler particle analyzer) system. In addition, engine performance and emission characteristics were measured using a single cylinder engine and emssion measurement systems. Results showed that 8-hole-injector exhibits improved spray performances. Furthermore, soot emission was decreased with 8-hole-injector, compared to that of 6-hole-injector.
The spray characteristics of dual orifice injector were investigated under two different fuels through measurement of SMD, number density and volume flux by using PDPA system. In this experiment, we found out that the droplet size and spray structure are strongly depend on fuel density and viscosity.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.5
no.1
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pp.1-5
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2004
The discharge performance of an impinging-type injector for cavitating flow has been evaluated. The predicted discharge coefficient for cavitating flow agree s well with the measured data showing less than 2% discrepancy. For the case of non- cavitating flow analysis, the disagreement between CFD resu lts and the experimental data is 8%. The discharge coefficient for the cavitating flow decreases with decrea se in the Reynolds number. On the other hand, it increases slightly as the Reynolds number increases for the non-cavitating flow because of the reduced viscous effect. The incipience of cavitation is predicted to occur around the cavitation number of 1.3 for fixed Reynolds number flow. In this environment, the discharge performance is proportional to the cavitation number for cavitating flow while it is independent to the cavitation number for non-cavitating flow regime.
An object of this study is to understand the correlation of injection characteristics and injector dimensions according to biodiesel mixture. The Injection characteristics of different types of common-rail injectors are the number of nozzle holes (5~8), jet cone angle ($146^{\circ}{\sim}153^{\circ}$), hydraulic flow rate (830~900 ml/min) injection quantity and response time. Prior to characteristic experiment, the reference injector has been selected in 6 candidates injectors under the investigation of injected quantity according to the biodiesel mixture so that injector type can be determined. The injector is used for the characteristic experiment which varied the various operating conditions including pressure 23 MPa, 80 MPa, 160 MPa, changing in injection duration 0.16 ms~1.2 ms and even mixture ratio. The result shows that the nozzle hole number and cone angle influence the injection quantity much more than nozzle hole diameter at low injection pressure and the nozzle hole diameter at high injection pressure, post injection duration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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