고온·고압 디젤 충돌 분무에 관한 실험적 연구 = An Experimental Study on the Diesel Impinging Spray in the High Temperature and Pressure Chamber

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Recently, the regulation of air pollution caused by vehicle emission, especially diesel engine, is getting strict. The performance of diesel engine and the emission gas could be improved by the new design of combustion chamber, treatment technology and etc.
The process of fuel spray from injection to combustion through atomization and evaporation and its characteristics are observed on this study. Atomized fuel spray and enough penetration are essential for ideal combustion of fuel. Injection behavior and the characteristics of fuel atomization are observed under the condition of changing rpm of fuel pump, injection pressure, back-pressure, density and air temperature with the pintle type nozzle. Also the characteristics of impinging spray are studied with the change of impinging angle as a simple modeling of injection to the combustion chamber.
The results of this experiment can be summarized as follows.
The process of injection is categorized in three part, beginning of injection, break of fuel spray and after break. Fuel spray keeps its speed in the shape of liquid column at the beginning of injection and the speed of its tip is getting slower with atomization and air-spray mixture. The outlined spray is meandering type structure.
Penetration of spray at the beginning of injection increases with the increase of injection pressure and rpm of fuel pump but decreases with the increase of back-pressure and room temperature. Break is begun 0.75ms after injection and the slope of penetration changes at this point, transition point.
Following is the experimental equation for the penetration ratio based on experimental data.
◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요.)
Spray angle is large at the beginning of injection and that is one of the characteristics of pintle type nozzle. It is proportional to the injection pressure, rpm of injection pump, back-pressure, room temperature and gas density. Correlation equation based on experimental one in that is obtained from experimental co-efficient.
Spray tip velocity is small at the beginning of injection then going up rapidly, after breaking it is on the decrease. spray tip velocity increases in condition of the increase of rpm and decreases in condition of the ambient pressure.
After impinged to the plate the structure of impinging spray is stable with the second breaking. In case of high temperature, compared to room temperature atomized fuel flows along the surface. The area of spray tip is changed sphere type by increasing ambient gas density (18→30 kg/m³).
Width of down-stream spray is decrease toward radial direction on the increase of ambient temperature(293→473K) and ambient density.(18→30 kg/m³), With the higher impinging angle, width of down-stream increase more but width of up-stream decreases.
Next is the correlation equation about impingement spray radius ratio in down-stream and thickness based on experimental data.
◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요.)
Height of down-stream spray increases under the condition of low density or large impinging angle. Also in room temperature, the values of h_w on r_w are 0.263, 0.228, 0.22 at the impinging angle of 0˚, 30˚, 45˚ In high temperature, the values of h_w on r_w are 0.253, 0,201, 0.198 as the impinging angle are 0˚, 30˚, 45˚.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• List of Figures = vi
• List of Tables = xiv
• Abstract = xv
• 제1장 서론
• 1.1 연구 배경 = 1
• 1.2 연구 동향 = 3
• 1.3 연구 목적 = 5
• 제2장 이론적 배경
• 2.1 분무의 구조 = 7
• 2.1.1 분열길이 = 11
• 2.1.2 분무도달거리 = 13
• 2.1.3 분무각 = 15
• 2.2 액체연료의 미립화 = 20
• 2.2.1 평균직경 = 20
• 2.2.2 대표직경 = 22
• 2.2.3 입도분포 및 분포함수 = 23
• 2.2.4 단공노즐로부터 분사되는 분무의 평균직경 = 26
• 2.2.5 분무입경 측정법 = 28
• 2.3 연료분사율 = 29
• 2.4 충돌분무 = 30
• 2.5 디젤분무의 가시화 = 32
• 2.5.1 새도우 촬영법 (Shadow Graph) = 33
• 2.5.2 슈리렌 촬영법 (Schlieren Graph) = 34
• 2.5.3 연속사진 촬영법 = 35
• 제3장 실험장치 및 실험 순서
• 3.1 실험장치 = 37
• 3.1.1 연료 분사 장치 = 38
• (1) 연료 분사 펌프 = 38
• (2) 분사노즐 = 42
• (3) 니들 양정장치 = 45
• (4) 단발 분사장치 = 48
• 3.1.2 분무형상 가시화 시스템 = 49
• (1) 디지털 고속비디오 시스템 = 49
• (2) 영상획득 데이터처리 장치 = 51
• 3.1.3 고온·고압 용기 = 53
• 3.2 실험방법 = 59
• 3.2.1 실험조건 = 59
• (1) 분사압의 변화 = 60
• (2) 펌프회전속도의 변화 = 60
• (3) 분위기 압력의 변회 = 60
• (4) 분위기 밀도의 변화 = 61
• (5) 분위기 온도의 변화 = 61
• (6) 충돌각도의 변화 = 61
• 3.2.2 실험순서 = 64
• (1) 자유분무 = 64
• (2) 충돌분무 = 65
• 제4장 실험 결과 및 고찰
• 4.1 분사 펌프 회전수에 따른 분사량, 니들 양정특성 = 70
• 4.1.1 펌프 회전수와 분사량 특성 (N-Q특성) = 70
• 4.1.2 펌프 회전수와 니들 양정의 특성 = 72
• 4.2 자유분무시 분사압력 변화에 따른 분무특성 = 74
• 4.2.1 분무구조 = 74
• 4.2.2 분사압력에 따른 분무 도달거리 특성 = 82
• 4.2.3 분사압력에 따른 분무각의 특성 = 87
• 4.2.4 분무압력에 따른 분무선단속도 특성 = 92
• 4.3 자유분무시 회전수 변화에 따른 분무특성 = 97
• 4.3.1 분무구조 = 97
• 4.3.2 회전수변화에 따른 분무도달거리 특성 = 103
• 4.3.3 회전수 변화에 따른 분무각의 특성 = 108
• 4.3.4 회전수 변화에 따른 분무 선단속도 특성 = 113
• 4.4 자유분무시 분위기압력에 따른 분무특성 = 118
• 4.4.1 분무구조 = 118
• 4.4.2 분위기 압력에 따른 분무도달거리 특성 = 124
• 4.4.3 분위기 압력에 따른 분무각의 특성 = 129
• 4.4.4 분위기 압력에 따른 분무 선단속도의 특성 = 134
• 4.5 자유분무시 분위기 온도에 따른 분무특성 = 140
• 4.5.1 분무구조 = 140
• 4.5.2 분위기 온도에 따른 분무도달거리 특성 = 146
• 4.5.3 분위기 온도에 따른 분무각의 특성 = 150
• 4.6 충돌분무시 분무구조 = 153
• 4.7 충돌분무시 분위기 온도에 따른 분무 특성 = 169
• 4.7.1 충돌분무시 분위기 온도에 따른 분무 반폭의 변화 = 169
• 4.7.2 충돌분무시 분위기 온도에 따른 분무 두께의 변화 = 172
• 4.8 충돌분무시 충돌각도에 따른 분무 특성 = 175
• 4.8.1 충돌분무시 충돌각도 에 따른 분무 반폭의 변화 = 175
• 4.8.2 충돌분무시 충돌각도 에 따른 분무 두께의 변화 = 179
• 4.9 충돌분무시 분위기 밀도에 따른 분무 특성 = 182
• 4.9.1 층돌분무시 분위기 밀도에 따른 분무 반폭의 변화 = 182
• 4.9.2 충돌분무시 분위기 밀도에 따른 분무 두께의 변화 = 185
• 제5장 분무형상에 대한 실험적 해석
• 5.1 자유분무도달거리비에 대한 실험식 도출 = 187
• 5.1.1 분열전의 도달거리비에 대한 실험식 도출 = 188
• 5.1.2 분열후의 도달거리비에 대한 실험식 도출 = 190
• 5.2 충돌분무 반폭 증가율에 대한 고찰 = 198
• 5.2.1 충돌각 0˚에서 시간증가율에 따른 영향 평가 = 198
• 5.2.2 밀도에 대한 영향 평가 = 201
• 5.2.3 온도에 대한 영향 평가 = 203
• 5.2.4 충돌각도에 대한 영향 평가 = 206
• 5.3 충돌 분무상승두께에 대한 고찰 = 211
• 제6장 결론 = 215
• 참고문헌 = 217
• 기호설명 = 223
• 감사의 글 = 227