비증발 디젤 분무의 미립화과정에 관한 실험적/수치적 연구 = (An) experimental and numerical study on the breakup and atomization processes in non-evaporation diesel sprays

국문 초록 (Abstract)

디젤엔진에서 연료의 분무특성은 열효율 및 배기가스 배출 성능에 큰 영향을 미친다. 연료노즐에서 분사된 연료가 분열되고 미립화하는 과정을 명확히 하는 것은 연료분무 성능을 향상시키는데 필요하다. 그리고 디젤 엔진 연료 분무특성은 여러 조건에 영향을 받아 해석하기에 복잡한 현상이다. 이러한 디젤분무를 이해하기 위해서는 실험과 더불어 이론적 모델 해석이 필요하다.
본 연구에서는 형광물질을 혼입한 연료에 LIF법(레이저여기헝광법)을 사용하여 연료 분무를 확대 촬영하여 분무 내부의 미시적 분열과정과 액적의 크기 및 형상의 가시화를 시도하였다. 그리고 액적 분열 모델인 TAB, DDB. ETAB, APTAB 모델로 해석하고 실험값과 비교하여 각 모델에 대하여 분무의 특성을 예측하는 성능을 비교하였다. 또한 분출공에서 분출되는 초기 액적의 형상과 수밀도를 고려하여 액적에 작용하는 항력을 변화시켰을 때 계산결과에 미치는 영향을 검토하였다.
본 연구에서 LIF법은 분무중의 작은 액적들과 분열과정을 관찰하기에 충분하였으며 촬영 시점에 따른 분무의 미립화과정을 확인할 수 있었다. 그리고 기존모델은 분무선단 도달거리는 잘 예측하나 분무의 미시적 성질인 분열거리와 액적의 평균직경을 동시에 잘 예측하지 못하였다. 수밀도를 고러한 수정항력모델을 사용하면 모든 모델에서 분무선단 도달거리의 예측에서 기존모델과 비슷한 결과를 보인다. 그리고 액적 분열거리와 액적 평균 직경은 모델에 따라 차이가 있지만 BDB 와 APTAB 모델이 분열거리와 액적의 평균직정을 동시에 잘 예측하는 양한 결과를 보인다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In diesel engine, special quality of fuel spray affects importantly thermal efficiency and exhaust discharge performance. To improve fuel atomizing performance, we need to observe definitely breakup and atomization processes of fuel spray. And it is difficult that we analyze special quality of diesel fuel spray is influenced to several conditions. To understand complex diesel spray, it need theoretical model analysis along with experiments.
In the present research, it is attempted that visualization of microscopic breakup processes and size and shape of droplets, using LIF technique (Laser Induced Fluorescence). and we analyzed by droplet breakup model, TAB, DDB, ETAB, APTAB model and compared performance that forecast special quality of spray about experiment price with each model. Also, We examined effect that reach in calculation 'result considering non-spherical shape of droplets and the change of drag force considering density of droplets.
In this research, LIF technique is enough to observe small droplets of spray and breakup process, and we could confirm breakup process by photographing visual point. And existing model predicted well spray tip penetration but didn't breakup length and average diameter of droplet at the same time. In correction drag model considering density of droplets, all models predicted similar results with existing model about spray tip penetration. And about breakup length and average diameter of droplet, DDB and APTAB model predict well at the same time.

목차 (Table of Contents)

• 국문 요약
• 목차
• 1. 서론 = 1
• 2. 실험장치 및 방법 = 3
• 3. 수치 모델 = 5
• 3.1 TAB 모델과 ETAB 모델 = 5
• 3.2 DDB 모델 = 6
• 3.3 APTAB 모델 = 8
• 3.4 DDB와 APTAB 모델에서 분열 후 액적 직경 = 8
• 3.5 액적의 형상을 고려한 항력계수 변화 = 8
• 3.6 수밀도를 고려한 항력 변화 = 9
• 3.7 수치계산 방법 = 10
• 3.8 계산격자 = 10
• 4. 결과 = 12
• 4.1 실험결과 = 12
• 4.1.1 분무선단거리 = 12
• 4.1.2 산란광과 형광의 확대사진의 비교 = 12
• 4.1.3 분무의 확대사진 = 13
• 4.1.4 산란광과 형장의 동시촬영 사진 = 13
• 4.2 실험과 수치계산 결과 비교 = 21
• 4.2.1 축방향 격자수와 액적군 개수가 수치계산에 미치는 영향 = 21
• 4.2.2 분무선단도달거리 = 21
• 4.2.3 분열거리 = 21
• 4.2.4 액적의 평균직경 = 22
• 5. 결론 = 39
• 참고문헌
• Abstract