دانش و فناوری هوافضا

دانش و فناوری هوافضا

بررسی عددی تاثیر هندسه نازل انژکتور دیزل و فاصله سوزن بر شکل گیری افشانه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
مجید روزبهانی 1
میراعلم مهدی 2
1 کارشناسی ارشد / مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران
2 عضو هیات علمی / دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران
چکیده
در این مقاله شبیه­سازی تاثیر شکل هندسه نازل و ارتفاع سوزن بر روی افشانه سوخت دیزل با استفاده از نرم­افزار فلوئنت بررسی شده است. با تغییر شکل نشیمنگاه و فاصله سوزن تا نشیمنگاه در شرایط ثابت، اندازه و محل شکل­گیری کاویتاسیون درون نازل تغییر خواهد کرد. به همین دلیل ابتدا به صورت گذرا و با شبکه­بندی متحرک و همچنین روش اسکنر – سائور، تاثیر هندسه نازل و فاصله سوزن تا نشیمنگاه بر شکل­گیری کاویتاسیون درون نازل دیزل، شبیه­سازی شده، سپس با استفاده از نتایج بدست آمده افشانه سوخت با روش تحلیل تصادفی قطره ثانویه شبیه ­سازی شده است. با هدف افزایش دقت حل مسئله نسبت به مقادیر تجربی و آزمایشگاهی، مراحل بررسی جریان سوخت درون نازل به صورت گذرا حل شده و سپس از نتایج مستخرج در بالادست، به عنوان مقادیر ورودی جریان در پایین دست و افشانه استفاده شده است. نتایج نشان می­دهد که با تغییر شکل نشیمنگاه و فاصله سوزن، کاویتاسیون و به طبع آن طول نفوذ افشانه چگونه تغییر خواهد کرد.
کلیدواژه‌ها
افشانه
نازل دیزل
شکل نشیمنگاه
سوزن نازل
کاویتاسیون

عنوان مقاله English

Numerical investigation of the effect of nozzle geometry of diesel injector and needle lift on spray formation

نویسندگان English

Majid Roozbahani 1
Miralam Mahdi 2
1 1Faculty of Mechanical Engineering Department, Shahid Rajaee University, Tehran
2 Assistant Professor, Mechanical Engineering Department, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran
چکیده English

The fuel spray analysis in the combustion chamber, as a significant parameter in optimizing nozzle performance, is associated with complexity, both numerical and experimental, due to the high pressure and speed of the fuel flow. In this paper, the simulation of the effect of nozzle geometry and the needle lift on the Diesel fuel spray has been done by usage of Fluent software. The spray penetration length is considered as a major criterion for improving the performance of the Diesel engine. The size and location of cavitation phenomena within the nozzle will change with the deformation of the nozzle geometry and the needle lift, under constant conditions. Accordingly, firstly the effect of nozzle geometry and needle lift on the formation of cavitation in the Diesel nozzle was simulated transiently with moving mesh and using the scanner-Saur method. Then, using the obtained results, fuel spray was simulated by SSD method. In this paper, the aim of increasing the accuracy of problem solving is investigated for laboratory and experimental values. The process of flow changes in the nozzle is solved unsteady, and then the outlet results at the upstream are used as input values for flow downstream and spray. This article shows that how the penetration length of spray will change with the deformation of the nozzle geometry and needle lift.

کلیدواژه‌ها English

Spray
Diesel nozzle
Nozzle geometry
Nozzle needle
Cavitation
[1] S. Lee, D. Tanaka, J. Kusaka, Y. Daisho, Effects of diesel fuel characteristics on spray and combustion in a Diesel engine, JSAE Review, Vol. 23 pp. 407–414, 2002.
[2] F. Payri, V. Bermudez, R. Payri, F.J. Salvador, The influence of cavitation on the internal flow and the spray characteristics in diesel injection nozzles, J. of Fuel, Vol. 83, pp. 419–431, 2004.
[3] E. Delacourta, B. Desmet, B. Besson, Characterisation of very high pressure diesel sprays using digital imaging techniques, J. of Fuel, Vol. 84, pp. 859–867, 2005.
[4] I.V. Roisman, L. Araneo, C. Tropea, Effect of ambient pressure on penetration of a diesel spray, International Journal of Multiphase Flow, Vol. 33, pp. 904–920, 2007.
[5]O. A. Kuti, J. Zhu, K. Nishida, X. Wang, Z. Huang, Characterization of spray and combustion processes of biodiesel fuel injected by diesel engine common rail system, J. of Fuel, Vol. 104, pp. 838–846, 2013.
[6] Q. Dong, W. Long, T. Ishima, H. Kawashima, Spray characteristics of V-type intersecting hole nozzles for diesel engines, J. of Fuel, Vol. 104, pp. 500–507, 2013.
[7] F.J. Salvador, M. Carreres, D. Jaramillo, J. Martínez-López,  Comparison of microsac and VCO diesel injector nozzles in terms of internal nozzle flow characteristics, J. of Energy Conversion and Management, Vol. 103, pp. 284–299, 2015.
[8] Y. Park, J. Hwang, C. Bae, K. Kim, J. Lee, S. Pyo, Effects of diesel fuel temperature on fuel flow and spray characteristics, J. of Fuel, Vol. 162, pp. 1–7, 2015.
[9] R. Payri, J. Gimeno, G. Bracho, D. Vaquerizo, Study of liquid and vapor phase behavior on Diesel sprays for heavy duty engine nozzles, J. of Applied Thermal Engineering, Vol. 107, pp. 365–378, 2016.
[10] K. M. Pang, M. Jangi, X.S. Bai, J. Schramm, J. H. Walther, Effects of Nozzle Diameter on Diesel Spray Flames: A numerical study using an Eulerian Stochastic Field Method, J. of Energy Procedia, Vol. 142, 1028–1033, 2017.
[11] Z. F.Zhou, G. Y. Lu, B. Chen, Numerical study on the spray and thermal characteristics of R404A flashing spray using OpenFOAM. Int. J. Heat Mass Transf, Vol. 117, pp. 1312–1321, 2018.
[12] E. G. Santos, J. Shi, M. Gavaises, C. Soteriou, M. Winterbourn, W. Bauer, Investigation of cavitation and air entrainment during pilot injection in realsize multi-hole diesel nozzles,  J. of Fuel, Vol. 263, 116746, 2020.
[13] İ. Temizer, The combustion analysıs and wear effect of biodiesel fuel used in a diesel engine, ,  J. of Fuel, Vol. 270, 117571, 2020.
[14] E. Winklhofer, E. Kull and E. Kelz, Comprehensive hydraulic and flow field documentation in model throttle experiments under cavitation conditions, Proceedings of the ILASS-Europe conference, Zurich; pp. 574–9, 2001.
[15] A. Ghasemi, R.M. Barron, R. Balachandar, Spray-induced air motion in single and twin ultra-high injection diesel sprays, J. of Fuel, Vol. 121, pp. 284–297, 2014.