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Dynamics >>19
A
cascade atomization and drop breakup model in STAR-CD
디젤
엔진에서의 액체 연료 제트의 분산은 스프레이의 발달 및 그 후의 과정에
있어서 중요한 역할을 합니다; 그것은 효율 및 깨끗한 엔진 동작에 직접적인
영향을 미칩니다. 다양한 연구자들에 의한 다른 실험방법을 이용한 최근의
연구는 비정상상태의 고압 상태에서의 연료 제트는 인젝터 노즐 혹은
그 이후의 시점을 빠져나가는 시간에 다양한 형상과 크기의 액체 파편들로
나눠집니다. 그 후에 이 액체 파편들은 공기역학적 힘을 받아 Droplet이
안정한 상태에 이를때까지 분산이 더 진행됩니다. 공기역학적 분산의
기초 이론은 Reyleigh-Taylor 혹은 Kelvin-Helmholtz의 액체/가스 접촉면에서의
불안정성에 기초를 두고 있습니다.
Enhanced Taylor Analogy Breakup(ETAB) 모델은 액체 제트 분산 과정을 Drop 분산의 연속으로 시뮬레이션합니다. 분산현상은 Taylor의 Linear Drop Deformation Dynamics 및 그와 관련된 Drop의 분산 조건에 의해 결정됩니다. 분산은 Normalized Drop Distortion이 임계값을 초과할 때 발생합니다. Droplet의 분산은 실험적으로 관찰된 Bag 혹은 Stripping Breakup Mechanism과 반지름 방향의 Droplet의 속도가 에너지 보존으로부터 유도된 후에 모델링됩니다.
노즐 출구에서 액체 제트는 매우 불안정한 크고 높은 속도의 Drop으로 시뮬레이션 됩니다. 즉각적인 분산을 피하기 위해서 그것들은 실험적으로 관찰된 제트의 분산 길이와 일치하도록 그것들의 수명이 연장되는 것과 같은 변형 속도로 지정됩니다. 이러한 수치적 기술은 다양한 연구그룹에 의해 보고된 바와 같이 단편적인 액체 Core의 시뮬레이션에 이용됩니다. 이러한 초기 분산 지연에 따른 부가적인 이득은 가스의 밀도의 변경을 위한 Spray Cone 각도의 자동 조정에 기인한 첫번째 분산에서의 Droplet의 반지름 방향 속도입니다. 이에 반해, 모델은 노즐 출구 근처에서의 표면 박리의 무시를 보상하기 위해 초기 Drop의 크기 분포를 필요로합니다. 이 현상은 노즐 출구에서의 연료-공기 혼합을 결정하고 점화위치에 강한 영향을 줍니다. ETAB 모델의 효율은 WAVE 모델 및 Constant Volume Bomb로부터의 조정된 조건 하에서 얻어진 측정값과 비교되어왔습니다. 시뮬레이션은 전체적으로 실험데이타와 잘 들어맞았으며 특히 Drop의 크기는 매우 잘 예측되었습니다. 부가하여, 특정한 분사 조건에서의 모델의 조정량은 가스의 밀도의 변경을 위한 Spray Cone 각도의 자동 조정에 의해 상당히 감소되었습니다.
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