[논문]이중분무의 중첩영역과 단일분무에서 액적의 거동 특성

정지원; 차건종; 김덕줄

doi:10.22634/ksme-b.2000.24.10.1300

[국내논문] 이중분무의 중첩영역과 단일분무에서 액적의 거동 특성
Characteristics of the Droplet Behavior in the Overlap Region of Twin Spray and in Single Spray 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.24 no.10 = no.181, 2000년, pp.1300 - 1308

정지원 (부산대학교 대학원) , 차건종 (부산대학교 기계기술연구소) , 김덕줄 (부산대학교 기계기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The objectives of this study was to investigate the spray characteristics of single spray and twin spray in the overlap region such as mean axial velocity, mean radial velocity, mean droplet size and probability density function of droplet size. A phase doppler anemometer was used as the measurement system for droplet size and velocity. In case of single spray, injection pressure was varied from 0.2MPa to 0.7MPa. Mean axial velocity, mean radial velocity and droplet size were decreased as the distance below nozzle tip was increased. In case of twin spray, the spray characteristics were measured by varying the distance between two nozzles from 127mm to 155mm. In the overlap region, the boundary of the overlap region was determined by obtaining the distribution of mean axial and radial velocity. Droplet size was increased as the distance from nozzle tip was increased. It was found that the distribution of droplet size for twin spray in the overlap region was different to single spray.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이러한 영향으로 세부적으로는 개별 액적의 비행 방향과 크기 그리고 속도에 영향을 미칠 것이 확실하지만 복잡한 중첩혼합 과정을 거치면서 거시적으로 하나의 주된 경향을 나타낼 것이다. 따라서 본 연구에서는 거시 적 간점 에서 중첩영역에서 액적의 평균 속도와 입경을 비중첩영역에서의 경우와 비교함으로서 전반적인 중첩효과를 고찰하고자 하였다.
그래서 본 연구에서는 먼저 특정한 압력식 와류형 분사 노즐을 선정하고 기초적인 분열기구를 알아보기 위하여 단일분무의 형상을 가시화 하였다. 단일분무의 경우에는 선단거리와 분사압격에 따라서 액적의 축방향 및 반경방향의 평균속도, 평균 액직크기, 액적크기의 구간에 따른 확률밀도함수(PDF), 액적크기와 축방향 속도의 상관관계를 귀하였다.
본 연孑에서는 동인 분사압력조건에서 단일의 스월러플 장착하였기 때문에 분류의 스월강노에 따른 유동 구조의 비교보다 각 위치에서 속도의 立기 변화의 비교에 관심을 두고 접는하였다. 따라서 본 연구에서는 분무의 유농 구조의 특성을 吁명하기 보다는 분무의 각 위치에시 존재하는 액적의 실제 속노의 크기를 비교하여 거동특성올 보고자 절대값으로 표현하있다.

가설 설정

것으로 알려져 있다.") 이로 인해 축방향속도에 비해 반경방향 속도는 불안정하게 된다. 이같은 이유로 해서 Fig.

제안 방법

단일분무의 경우에는 선단거리와 분사압격에 따라서 액적의 축방향 및 반경방향의 평균속도, 평균 액직크기, 액적크기의 구간에 따른 확률밀도함수(PDF), 액적크기와 축방향 속도의 상관관계를 귀하였다. 또한 난일분무의 실험졀과를 토대로 하여 이중분무의 경우에는 노즌간의 간격(pitch)과 선난거리에 따른 액적의 축방향 및 반경방향 평균속도, 평균액적크기, 액적의 입경에 따른 확률밀도함수를 구하였다. 분무 액적의 평균속노 및 입경은 2-D PDA 시스템을 사용하여 측성하였다.
예비실험을 통해 분무의 대칭성을 확인하여 분무중심축을 기준으로 하여 한쪽방향으로 액저의 크기와 속도를 측정하였다. 측정은 분무 축방향으로 30, 50, 70, 100, 150, 200mm의 횡 단면 에 대해 반경방향으로.
예비실험을 통해 분무의 대칭성을 확인하여 분무중심축을 기준으로 하여 한쪽방향으로 액저의 크기와 속도를 측정하였다. 측정은 분무 축방향으로 30, 50, 70, 100, 150, 200mm의 횡 단면 에 대해 반경방향으로. 4mm 또는 8mm 간걱으로 분무액 적 이 도달하는 위치 까지 측정하였다.
측정은 분무 축방향으로 30, 50, 70, 100, 150, 200mm의 횡 단면 에 대해 반경방향으로. 4mm 또는 8mm 간걱으로 분무액 적 이 도달하는 위치 까지 측정하였다. 분사압력은 0.
2는 이중분무의 설치조건 및 측정점을 나타내고 있다. 단일분무 실험결과를 토대로 하여 동일한 두 개의 노츨에시 분사되는 이중분부의 중첩되는 부분에시의 분무특성을 조사하였다. 이 실험을 위해 동일한 두 개의 노즘을 동일 높이에 평행하게 노즐간의 거리를 127, 155mm가 되도록 설치하였다.
세시하있나. 본 연孑에서는 동인 분사압력조건에서 단일의 스월러플 장착하였기 때문에 분류의 스월강노에 따른 유동 구조의 비교보다 각 위치에서 속도의 立기 변화의 비교에 관심을 두고 접는하였다. 따라서 본 연구에서는 분무의 유농 구조의 특성을 吁명하기 보다는 분무의 각 위치에시 존재하는 액적의 실제 속노의 크기를 비교하여 거동특성올 보고자 절대값으로 표현하있다.
압력분사식 스월 노즐에 대하여 단일 분무와 이증분무의 중첩영역에서의 액적 거동 특성 구명하기 위하여 2D-PDA로서 액적의 속도 및 입경을 측정하여 비교 분석한 결과 나음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

1은 본 연구에 사용된 실험장치를 나타낸다. 본 실험에 사용된 실험장치의 구성은 분사계, 2-D PDA시스템 및 가시화 장치로 구성된다.
PDA시스템에서 레이져는 Ar-ion 레이져(최 대출력 5W)가 사용되었고, 실험시 사용출력은 2W로 하였다.
1에 본 실험에 사용된 PDA 시스템의 set-up 조건을 나타내었다. 가시화 장치는 Nicon FM2 카메라에 105mm 줌렌즈를 부착하여 노즐전방에 실치하였으며, 광원은 순간발광속도가 4俸 ec 인 스트로브스코프를 사용하였고, 필림은 ASA400으로 하였나. Table 2는 본 연구에서 사용된 노즐의 제원을 나타내고 있다.
단일분무 실험결과를 토대로 하여 동일한 두 개의 노츨에시 분사되는 이중분부의 중첩되는 부분에시의 분무특성을 조사하였다. 이 실험을 위해 동일한 두 개의 노즘을 동일 높이에 평행하게 노즐간의 거리를 127, 155mm가 되도록 설치하였다. 측정단면은 분무 축방향으로 150, 200mm의 횡단면이며, 분사압력은 0.
이 실험을 위해 동일한 두 개의 노즘을 동일 높이에 평행하게 노즐간의 거리를 127, 155mm가 되도록 설치하였다. 측정단면은 분무 축방향으로 150, 200mm의 횡단면이며, 분사압력은 0.5MPa로 하였더-. 측정 위치의 표기는 누 노즐의 중첩되는 부분의 중신을 윈점으로 하고 원점을 기준으로 좌우 반겅방향으로 측정하였다.
측정 위치의 표기는 누 노즐의 중첩되는 부분의 중신을 윈점으로 하고 원점을 기준으로 좌우 반겅방향으로 측정하였다. 작동유체 는 상온의 수돗물을 사용하였으며 , 측정 값은 측정체 적을 통과한 5000개 액적의 평균값으로 하였다.

이론/모형

또한 난일분무의 실험졀과를 토대로 하여 이중분무의 경우에는 노즌간의 간격(pitch)과 선난거리에 따른 액적의 축방향 및 반경방향 평균속도, 평균액적크기, 액적의 입경에 따른 확률밀도함수를 구하였다. 분무 액적의 평균속노 및 입경은 2-D PDA 시스템을 사용하여 측성하였다.

성능/효과

5의 결과를 확인할 수 있었다. 또한 분사압력이 층가할수록 분무하류 단면에서의 중심과 외곽에서의 속도분포가 크게 차이가 났다.
두 분류가 교차될 경우 임의의 단닌에서 액적의 입경이 가장 큰 부분은 누 분류가 교차되는 경게영역에서 발생됨을 확인할 수 있다. 이는 단일 문무의 경우 분무 외곽의 액적이 가장 크며 분무 내부로 갈수록 입경이 작은 것과 충돌시 두액적간의 상대속도와 연관지을 수 있다.
이것은 이 부분에서의 충돌효과는 액적의 운동량과 속도에 의해 2차 분열의 사실을 확인시켜주고 있다. 또한 z=200mm에서는 작은 액적의 입경분포가 z=150mm의 결과와는 상이하게 큰 액적들의 비율이 크게 나타남을 확인할 수 있다. 이는- 액적간의 합착이 발생함을 의미하는 것이다.
이는- 액적간의 합착이 발생함을 의미하는 것이다. 따라서 두 분무가 교차하는 경우 그 숭첩영역에서의 액적의 거동은 분무선단 거리와 두 노즐간의 간격만을 변화시킨 본연구 결과 액적의 운동량에 밀접한 영향이 있으며 운동량의 영향으로 액적의 거동은 노즐의 선단에서 멀어질수록 2차 분열에 의한 입경 감소로부터 합착에 의한 입경 증대로 발전함을 보였다.
(1) 단일분무에서 액적의 크기는 축방향거리가 증가할수록 갑소하였으며, 분무외가으로 갈수록 증가하였다.
(2) 분무의 교차시 임의의 선단거리 횡단면상에서 중첩영역의 축방향 속도는 거의 균일함을 보인 반년 반경방향 속도는 중첩 겅게면에서 속도의 방향이 역 전함을 보이고 중첩영역 중심에서 0이 되었다. .
(3) 두 분류의 교차시 선단거리에 대한 임의의 단면상에시 액적의 최대 입경은 중첩영역변에서 형성되었다.
(4) 두 노즐의 간겨이 가까울수록 중첩영역에서 임의의 단변에 대한 액적 입경이 감소하였다. (5) 중첩 영역에서의 액적의 거동은 노즐의 선단에서 벌어실수록 2차 분열에 의한 입경 감소로부터 합착에 의한 입경 증대로 발전하였다.
감소하였다. (5) 중첩 영역에서의 액적의 거동은 노즐의 선단에서 벌어실수록 2차 분열에 의한 입경 감소로부터 합착에 의한 입경 증대로 발전하였다.

참고문헌 (7)

Lefebvre. Arther H, 1989, 'Atomization and Spray,' Hemisphere publishing Co.
정종수, 박찬범, 임경수, 1996, '이중분무의 중 첩구조에 미치는 분무노즐의 영향', 액체미립화 학회 학술강연회 논문집, pp. 179-186
김인구, 이상용, 1988, '두개의 와류분무 노즐 로부터 분사되는 이중분무의 분무특성에 관한 실험적 연구', 대한기계학회논문집, 제12권, 제 2호, pp. 359-372

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Chigier, N.A. and Chervinsky, A., 1967. 'Experimental investigation of swirling vortex motion in jets,' Trans. ASME., J. Appl. Mech, pp. 443-451
조대진, 윤석주, 최태민, 1994, '이중분무 교차 지역에서의 액적유동특성의 통계학적 분석에 관한 연구,' 대한기계학회논문집, 제18권, 제3호, pp. 635-644

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