Effect of nozzle inlet geometry in high temperature hydrocarbon liquid jets
저자
Lee, Hyung Ju ; Choi, Hojin ; Jin, Yu-In ; Hwang, Ki-Young ; Park, Dong-Chang ; Min, Seongki
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학술지명
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발행연도
2018
작성언어
-주제어
자료형태
학술저널
수록면
1-14(14쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>An experimental study was conducted to investigate the effect of orifice inlet geometry on discharge and cavitation characteristics of high-temperature hydrocarbon liquid jets. The fuel was heated to 553 K (280 °C) using an induction heater, at an upstream pressure of up to 1.0 MPa, and injected to atmospheric pressure conditions through variously chamfered plain orifices of diameter 0.7 mm and length 4.3 mm. Hydraulic characterization in terms of fuel temperature was carried out by introducing the discharge coefficient, and the macroscopic internal flow characteristics were correlated with Reynolds number and cavitation numbers. The variation of C<SUB>d</SUB> with respect to T<SUB>inj</SUB> in the non-cavitating region below the boiling point shows that C<SUB>d</SUB> increases with increasing chamfer depth C, but the C<SUB>d</SUB> trend nearly converges to a maximum value when the relative chamfer depth reaches 20% of the orifice diameter. In the cavitating region, on the other hand, the effect of chamfer depth on the mass flow rate or C<SUB>d</SUB> diminishes as the cavitation becomes stronger with increasing T<SUB>inj</SUB>. The plot of C<SUB>d</SUB> with respect to Re shows laminar to turbulent transition in high chamfer depth cases at ΔP = 0.3 MPa, and this reveals that the internal flow in the current orifice configuration at relatively low velocity conditions remains laminar even at high Re for higher chamfer depths. Furthermore, the curves of C<SUB>d</SUB> with respect to Re for various chamfer depths at each ΔP condition merge when T<SUB>inj</SUB> is very high, implying that the trend of C<SUB>d</SUB> with respect to Re at high T<SUB>inj</SUB> conditions becomes independent of chamfer depth. The variation of C<SUB>d</SUB> with respect to cavitation number for various chamfer depths converges gradually under cavitating conditions, and this suggests that the degree of cavitation (as quantified by the cavitation number) inside fuel injectors of different chamfer depths becomes closer as T<SUB>inj</SUB> reaches very high values. It can, therefore, be concluded that because of mass flow choking the hydraulic characteristics represented by the discharge coefficient of high temperature hydrocarbon liquid jets become independent of chamfer depth in strong cavitation conditions as T<SUB>inj</SUB> increases beyond the boiling point, and are determined only by the pressure difference between P<SUB>inj</SUB> and P<SUB>sat</SUB> at T<SUB>inj</SUB>.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Orifices of different chamfer depths were used to study high-temperature hydrocarbon liquid injection. </LI> <LI> Laminar to turbulent transition was observed for orifices with higher chamfer depth. </LI> <LI> Effect of chamfer depth on discharge coefficient diminished with increasing fuel injection temperature. </LI> <LI> Discharge coefficients with respect to cavitation number for various nozzle inlets converged gradually. </LI> <LI> Hydraulic characteristics became independent of chamfer depth in strong cavitation conditions. </LI> </UL> </P>
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