횡단류 아음속유동장에서 연료의 수직 분사시 나타나는 액적영역의 액적들을 직접사진촬영으로 측정하고 PLLIF 실험을 통하여 얻은 강도 값으로 SMD분포를 측정하였다. 본 연구의 목적은 정상유동에서의 액적들의 크기 및 분포를 관찰하고, 캐비테이션 및 수력튀김 현상에 대한 액적들의 차이를 확인하는 것이다. 실험을 통하여 정상유동의 액적들은 분사차압, 공기의 유속, 침투거리, 인젝터 지름에 대한 하류방향 거리비(x/d)에 의하여 결정되며, 캐비테이션에 의한 난류강도, 유효지름에 따라 차이가 있음을 확인하였다.
횡단류 아음속유동장에서 연료의 수직 분사시 나타나는 액적영역의 액적들을 직접사진촬영으로 측정하고 PLLIF 실험을 통하여 얻은 강도 값으로 SMD분포를 측정하였다. 본 연구의 목적은 정상유동에서의 액적들의 크기 및 분포를 관찰하고, 캐비테이션 및 수력튀김 현상에 대한 액적들의 차이를 확인하는 것이다. 실험을 통하여 정상유동의 액적들은 분사차압, 공기의 유속, 침투거리, 인젝터 지름에 대한 하류방향 거리비(x/d)에 의하여 결정되며, 캐비테이션에 의한 난류강도, 유효지름에 따라 차이가 있음을 확인하였다.
A direct photograph measurement technique was used to determine the spatial distribution of the spray droplet diameter in subsonic crossflow and it also obtain that SMD distribution by using PLLIF technique. The injector internal flow was classified as three modes such as a normal, cavitation, and h...
A direct photograph measurement technique was used to determine the spatial distribution of the spray droplet diameter in subsonic crossflow and it also obtain that SMD distribution by using PLLIF technique. The injector internal flow was classified as three modes such as a normal, cavitation, and hydraulic flip. The objectives of this research are getting a droplet distribution and drop size measurement of normal flow and compare with the other flow effects. Although the study showed visually that drop size were spatially dependent of Air-stream velocity, fuel injection velocity, and normalized distance from the injector exit length.(x/d, y/d) There are also difference characteristics between cavitation, hydraulic flip and the normal flow.
A direct photograph measurement technique was used to determine the spatial distribution of the spray droplet diameter in subsonic crossflow and it also obtain that SMD distribution by using PLLIF technique. The injector internal flow was classified as three modes such as a normal, cavitation, and hydraulic flip. The objectives of this research are getting a droplet distribution and drop size measurement of normal flow and compare with the other flow effects. Although the study showed visually that drop size were spatially dependent of Air-stream velocity, fuel injection velocity, and normalized distance from the injector exit length.(x/d, y/d) There are also difference characteristics between cavitation, hydraulic flip and the normal flow.
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문제 정의
Song등[8]은 PLLIF 기법으로 액적 영역의 분무 구조에 대하여 연구하였다. 따라서 본 연구에서는 직접 사진촬영으로 인한 정상 유동에서의 액적들의 크기 및 분포를 관찰하고, 캐비테이션 및 수력튀김 현상에 대한 액적들의 차이를 확인하고, PLLIF기법을 이용하여 SMD 분포를 확인 하고자 한다.
제안 방법
, Km등[4]은 액적의 크기를 Mal.,ern system으로 측정하여 공기의 유속, 연료 분사 속도, 침투거리, 진행방향 거리, 등에 의한 변수를 Buckingham PI Theorem으로 실험식을 제시하였다. Wu등[5]은 PDPA기법으로 액적 영역의 SMD 분포를 제시하였다.
유량 변화의 경향을 알아보았다. 또한 액적을 직접 사진 촬영 기법을 통해 분석하고자 하여 Canon MP-E 65mm f/2.8 l-5x Macro Photo 접사촬영 렌즈를 장착한 디지털 카메라 (Canon EOS 20D)와 광원으로는 스트로보 스코프를 동기화 하여 인젝터 외부 유동 현상과 Table 1에서의 조건과 같이 각각의 위치에서 액적을 촬영하였다. 이때 확대비는 pixel당 약 2四 정도 확대 하였고, 각 조건에 1000~2000개의 액적을 촬영하여 오차 범위를 10%안으로 들어오게 하였다.
우선 정상유동, 캐비테이션, 수력 튀김 현상이 나타나는 조건을 구하기 위하여 유량실험을 하여 유량 변화의 경향을 알아보았다. 또한 액적을 직접 사진 촬영 기법을 통해 분석하고자 하여 Canon MP-E 65mm f/2.
직접사진 촬영기법으로 정상유동의 경우 액적을 촬영하였다.
챔버의 지름(£))은 12mm로 d= 24이다. 챔버와 오리피스의 접선 구간의 곡률에 따라 캐비테이션이 발생하는 유동과 발생하지 않는 유동이 결정되므로 유입구에 곡률이 없는 오리피스(sharp edged orifice) 와 곡률이 있는 오리피스(round-edged orifice)를 대조군으로 설정했다. 곡률은 유입구의 반경(r) 과 오리피스의 지름이 같은 r/c?=l로 하였는데 r、0.
캐비테이션 현상을 발생시키기 위해 45℃로 상승시킨 실험연료에 대한 유량을 측정하였다. Fig 2는 분사압력을 Ibar부터 6bar 까지 증가시키며 각각 인젝터들의 유량을 측정하고, 유량 계수(Discharge coefficient: Cd)를 구하여 연료의 속도에 따른 각 조건에서의 변화를 그린 그래프이다.
대상 데이터
가시화 영역의 크기는 50mm X 50mm x 330mm 이며, 20 마력 송풍기를 사용하여 60m/s의 공기를 불어넣어 주었다. PLLIF 실험에 사용된 레이저는 Spectra-Physics 의 아르곤-이 온 레이저이며, 550nm 하이패스 필터와 514±5nm 밴드패스 필터를 장착한 디지털 카메라(Canon EOS D30)를 사용하였다.
1은 PLLIF 실험 의 장치 와 사진 촬영기법의 사진이다. PLLIF 실험을 수행하기 위하여 물과 에탄올을 4대 1로 섞고 Aldrich F245-6 형광 염료를 섞은 실험 연료를 사용하였다. 가시화 영역의 크기는 50mm X 50mm x 330mm 이며, 20 마력 송풍기를 사용하여 60m/s의 공기를 불어넣어 주었다.
14d일 경우 vena contracta가 형성되지 않아 캐비테이션이 발생하지 않는다. 곡률이 없는 인젝터는 오리피스 길이(Z) 대 지름비(E/d) 가 5, 20인 인젝터 두 가지를 실험하였다. 일반적으로 Z/0V8인 경우 수력튀김현상이 발생한다고 알려져 있으며, 캐비테이션과 수력튀김 현상을 확인하기 위하여 피d를 각각 다르게 제작하였다.
인젝터의 지름(衫)은 0.5mm이며, 내부는 오리피스와 챔버로 이루어졌다. 챔버의 지름(£))은 12mm로 d= 24이다.
이론/모형
이때 확대비는 pixel당 약 2四 정도 확대 하였고, 각 조건에 1000~2000개의 액적을 촬영하여 오차 범위를 10%안으로 들어오게 하였다. 그리고 SMD의 분포를 구하기 위하여 형광 신호와 산란 신호의 강도값을 얻을 수 있는 PLLIF 기법을 이용하여 분무 구조를 관찰하였다. Fig.
성능/효과
1. 실험을 통하여 액적은 연료분사 속도, X축, y 축 방향 대 인젝터 지름비(矛/涉, y/d) 와 Trajectory위치에 변수임을 확인 하였다.
2. 고 확대비 사진촬영으로 얻은 SMD값으로 형광 신호 및 산란신호의 비율에 따른 액적 관계식의 상수 값을 도출하여 각각의 영역에서 SMD분포를 얻을 수 있었다.
3. PLLIF실험의 SMD분포의 결과, 조건이 일치한 상태에서 캐비테이션이 발생하게 되면 정상 유동의 경우보다 난류강도의 증가로 액적이 작아짐을 확인할 수 있었다.
4. 수력튀김 현상이 발생하면 정상유동에서의 경우보다 유효지름이 77%가 감소하여 유량이 68%정도 배출하게 되어 상대적으로 액적이 작아짐을 확인할 수 있었다.
Fig 5에서는 PLLIF 실험의 SMD분포의 결과, 분사속도의 조건이 일치한 상태에서 캐비테이션이 발생하게 되면 정상 유동의 경우보다 난류강도가 강해져서 액적이 작아짐을 확인할 수 있었다. 수력튀김 현상이 발생하면 정상유동에서의 경우보다 오리피스의 유효 지름이 77%가 감소하여 유량이 68%정도 배출하게 되어서 다른 경우보다 상대적으로 액적이 작아짐을 확인할 수 있었다.
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