Strojni{ki vestnik 47(2001)10, Journal of Mechanical Engineering 47(2001)10, ISSN ISSN UDK : UDC 621

Transkripcija

1 Strojni{ki vetnik 47(21)1, Journal o Mechanical Engineering 47(21)1, ISSN ISSN UDK :4.94 UDC :4.94 Pregledni znantveni M. ~lanek Volmajer (1.2) - B. Kegl: Obravnavanje curka plinkega Review olja - cientiic Dieel-Spray paper Analyi (1.2) Obravnavanje curka plinkega olja Dieel-Spray Analyi Martin Volmajer - Breda Kegl V pripevku je obravnavan proce vbrizgavanja goriva in karakteritike curka dizelkega motorja z uporabo programa raèunke dinamike tekoèin FIRE. Natanènot rezultatov, dobljenih tem programom, je v veliki meri odvina od pravilno potavljenih zaèetnih pogojev. Doloèevanje nekaterih pogojev je precej zahtevno, aj jih lahko doloèimo le na temelju izkušenj ali zahtevnih meritev v laboratoriju. V tem pripevku o na podlagi številnih zgledov in primerjav z rezultati, dobljenimi z znanimi empiriènimi izrazi za rednji Sauterjev premer kapljic, podane mernice za potavljanje zaèetnih pogojev. 21 Strojniški vetnik. Ve pravice pridržane. (Kljuène beede: motorji dizelki, šobe za vbrizgavanje, karakteritike curka, raèunka dinamika tekoèin) The uel injection proce and the characteritic o the dieel-uel pray were imulated uing a computational luid dynamic program FIRE. Initial condition greatly inluenced the accuracy o the reult and thee condition can generally only be determined by complicated laboratory meaurement. Guideline to determine more realitic initial condition baed on comparion o dierent practical reult and empirical expreion or Sauter mean diameter o a droplet are given in the paper. 21 Journal o Mechanical Engineering. All right reerved. (Keyword: dieel engine, uel injection nozzle, pray characteritic, computational luid dynamic) UVOD Sodoben dizelki motor mora utrezati ekološkim in ekonomkim zahtevam. V prvi vrti mora zagotoviti vioko razmerje med zmogljivotmi in porabo goriva, poceni vzdrževanje ter nenazadnje obratovanje v kladu z vedno trožjimi zakonkimi omejitvami glede najveèjih dovoljenih emiij produktov zgorevanja. Glede na to, da ta proce zgorevanja in tvorba nezaželenih etavin otankov zgorevanja v glavnem vodena proceom vbrizgavanja in tvorbo curka razpršenega goriva, e veliko vlaga v razvoj novih oziroma izboljšavo edanjih vbrizgalnih itemov in analizo curka razpršenega goriva. V zadnjih letih pridobivajo pomen analize z uporabo programov raèunke dinamike tekoèin (RDT - CFD), aj predtavljajo razmeroma preprot naèin analiziranja proceov vbrizgavanja pri novih, pa tudi premenjenih edanjih vbrizgalnih itemih. Z uporabo paketov RDT lahko prihranimo precej èaa namenjenega izdelavi in tetiranju vbrizgalnih itemov. S imuliranjem procea na raèunalniku lahko v razmeroma kratkem èau tetiramo veliko število razlièic ter tako že v zaèetni azi izloèimo tite, ki ne prinašajo želenih rezultatov. INTRODUCTION A modern compreion-ignition engine hould meet ecological and economic requirement. Firt o all it hould have a high ratio o perormance to uel conumption, low maintenance cot and it hould be able to operate within precribed emiion regulation. A the proce o combution and the reulting emiion o pollutant and noie i mainly aected by the proce o uel injection, a lot o eort i put into developing new or improving exiting uel-injection ytem a well a into the analyi o the uel pray. In recent year, analyi uing computational luid dynamic (CFD) program became important ince thi i a relatively eay way to analye uel-injection procee in new or re-deigned uelinjection ytem. Uing CFD program, a lot o the manuacturing and experimental work i uneceary, ince there i no need to produce every deign variant. Many variant can be teted uing a imulation on the computer. Thoe variant that how no igniicant improvement can be eliminated at an early tage. tran 627

2 V avtomobilki indutriji e uporablja veè raèunalniških paketov raèunke dinamike tekoèin. Eden izmed teh je program FIRE izdelovalca AVL. FIRE uporablja metodo konènih protornin za analiziranje toka tekoèine. Glede na to, da je v prvi vrti namenjen avtomobilki indutriji oziroma uporabi na motorjih z notranjim zgorevanjem, vkljuèuje tudi modula za imuliranje curka razpršene tekoèine in proceov zgorevanja [1]. Uporaba tega modula in tem doloèitev zaèetnih pogojev zahteva dobro poznavanje in razumevanje proceov tvorbe curka goriva. Izmere šobe in zaèetni pogoji e pred zaèetkom analize deinirajo v t.im. pray datoteki. Zraven doloèitve preproto merljivih oz. znanih vrednoti, kakor o: geometrijka oblika šobe (število šob in odprtin šobe, koti porazdelitve odprtin itn.), karakteritika vbrizgavanja ter kolièina vbrizganega goriva, je treba deinirati tudi parametre, ki jih lahko v veliki veèini doloèimo le na temelju ocen oziroma izkušenj. To o: velikot kapljic in verjetnotna porazdelitev kapljic, ki doloèa verjetnot, da e kapljica z doloèenim premerom pojavi v zgorevalni komori, ter kot pri vrhu tožca in radialna komponenta hitroti iztekanja goriva iz šobe, ki doloèata obliko tožca. Natanèna doloèitev omenjenih zaèetnih pogojev zahteva drago ekperimentalno opremo. Za razmeroma natanèno doloèitev pa pogoto zadotuje že dobro poznavanje procea vbrizgavanja in tvorbe curka. V ta namen mo e odloèili, da z analiziranjem razliènih primerov vbrizgavanja ugotovimo, kako omenjeni zaèetni pogoji vplivajo na izraèunano velikot kapljic v komori. Hkrati mo izraèunane vrednoti primerjali z rezultati, dobljenimi na podlagi znanih empiriènih izrazov za izraèun. 1 KARAKTERISTIKE CURKA GORIVA Pri proceu zgorevanja v dizelkem motorju dovajamo gorivo v zgorevalni protor v obliki curka kozi šobo z eno ali veè odprtin. Strnjeni valjati curek, ki z veliko tlaèno razliko iztopa iz odprtine v valj v neki konèni dolžini-dolžini trganja, razpade na kapljice razliènih velikoti. V trenutku, ko tekoèina zaputi odprtino, e poveèa kolièina zraka v curku, curek e cepi in širi, hitrot gibanja iztekajoèe e tekoèine pa e tem zmanjšuje. Najveèjo dolžino, ki jo prepotujejo kapljice, imenujemo domet curka. Curek vbrizganega goriva v dizelkem motorju ima obièajno tožèato obliko kotom q pri vrhu tožca. Takšen naèin razpada curka imenujemo atomizacija [2]. Navedene velièine pomenijo makrokopke velièine curka, ki predtavljajo porazdelitev goriva po celotnem zgorevalnem protoru, medtem ko velikot kapljic oziroma kakovot razpršitve curka pomeni mikrokopko velièino. Obièajno o mikro karakteritike curka podane porazdelitvenimi unkcijami, te pomenijo verjetnot pojavljanja kapljice z doloèenim premerom. V praktiènih primerih e The automotive indutry ue many dierent CFD package. FIRE, which wa produced by AVL Graz, ue the inite-volume method or the analyi o the luid low characteritic. A it i mainly ued by the automotive indutry internal combution engine, it alo include the pray (two-phae low) and combution module [1]. To ue the pray module we mut begin with appropriate initial condition and have an undertanding o uel-pray ormation. Nozzle dimenion and the initial condition are deined prior to the invetigation in the o-called Spray ile. Beide etting the meaured or otherwie known value uch a nozzle geometry (number o nozzle hole, nozzle hole angle, etc.), injection characteritic and quantity o the injected luid, other parameter that depend on etimation or experience mut alo be et. Thee parameter are the initial droplet dimenion, the initial droplet probability ditribution deining the probability o certain droplet dimenion appearing, and the radial velocity o the uel outlow rom the nozzle hole, by which the pray cone angle i deined. To exactly deine the above-mentioned initial condition require expenive experimental equipment, oten thee value can be known only by undertanding the ull background o the uel-injection and pray-atomiation procee. The purpoe o thi tudy wa to etablih how the initial condition aect the mean value o the calculated droplet diameter in the chamber. The value calculated uing the CFD package were ubequently compared with the reult rom the empirical equation or the calculation o. 1 FUEL-SPRAY CHARACTERISTICS The uel i introduced into the combution chamber o a Dieel engine through one or more nozzle or oriice. The liquid column leaving the nozzle hole under high preure, diintegrate within the cylinder over a inite length called the break-up length. A the liquid move away rom the nozzle the ma o air within the pray increae, the pray then diverge, it width increae, and it velocity decreae. The maximum length the droplet travel i called the pray-tip penetration. Dieel-uel pray uually ha a conical hape with an angle q. Thi type o diintegration i called atomiation [2]. The quantitie preented above are the macrocopic parameter o the pray, repreenting the uel ditribution in the combution chamber. At the other ide the droplet ize, i.e. quality o the atomiation, repreent the microcopic parameter. Thee microcopic parameter are uually deined with probability unction, deining the probability o the appearance o a droplet with a certain diameter. It i uual to ue droplet mean diameter rather than tran 628

3 nameto porazdelitvenih unkcij uporabljajo rednji premeri kapljic [2]: kjer ta N - število kapljic, d - premer kapljice. Najpogoteje e pri proceih vbrizgavanja uporablja Sauterjev rednji premer: ki pomeni razmerje med celotno protornino in površino kapljic. Za izraèun obtajajo številni empirièni izrazi, med katerimi o najpogoteje uporabljeni empirièni izrazi nalednjih avtorjev: [3] en. (3), [4] en. (4), [5] en. (5), [6] en.(6), [7] en. (7) in (8): kjer o: Dp - tlaèni padec, q cikel - kolièina vbrizganega goriva na cikel, G - pretok goriva, u - hitrot na iztopu iz šobe, u a - hitrot gibanja zraka, r - gotota goriva, r a - gotota zraka, - površinka napetot goriva, m - dinamièna vikoznot goriva, n - kinematièna vikoznot goriva, d h - premer odprtine šobe, A d - prerez odprtine šobe in A d,e - eektivni prerez odprtine šobe. Ve vrednoti e vtavljajo v enotah SI, razen v en. (5) d h v, en.(6) G h v kg/h in v en.(8) Dp v bar. d 32 d jk d = dmax ò dmin dmax ò dmin = probability unction. The droplet mean diameter i deined a [2]: j ddn k ddn å å i 32 2 i 1 j-k (1), where N i the number o droplet and d i the droplet diameter. For uel-injection procee we uually chooe the Sauter mean diameter: 3 Nd i i (2), Nd i i which i deined a the ratio o the um o the droplet volume to the um o the droplet urace. For the calculation o everal empirical equation were preented by dierent author. Some coonly ued example are: [3] eq. (3), [4] eq. (4), [5] eq. (5), [6] eq. (6), [7] eq. (7) and (8): -3 -,135,121,31 ( ) = D r d32 ìm 2,391 p a qcikel,5 585 æ ö d32 ( ) = u -u ç a r è ø,25 æd ö æ ö æ 3,31m ö h = 124, 77ç ç 1+ èu ø è ra ø ç r d è h ø ( ) æ 5,458,29,216 A ö - d d32 ( ìm) = 31 Dp G n ç A è de, ø æ 2 raud ö æ r d h h ö d32 ( ìm) = 324,6 ç 2 ç m è ø è ø ì m d32 = n r ra Dp,916 -,233 -,82 ( ),385,737,737,6,54 (3) (4) (5) (6) (7) (8) where: Dp i the preure dierence, q cikel i the quantity o uel injected per cycle, G i the uel low, u i the velocity at the nozzle outlow, u a i the air velocity, r i the uel denity, r a i the air denity, i the urace tenion o the uel, m i the dynamic vicoity o the uel, n i the cinematic vicoity o the uel, d h i the nozzle hole diameter, A d i the nozzle hole cro-ectional area and A d,e i the eective nozzle hole cro-ectional area. All value are in the SI ytem, except in eq. (5), where d h i in, eq.(6), where G h i in kg/h and in eq.(8), where Dp i in bar. 2 ŠTEVILÈNI PRIMERI Analiza curka je narejena z uporabo programa FIRE v62b na delovni potaji Hawlett Packard. Proce vbrizgavanja oz. curek je obravnavan na tridimenzionalnem modelu v obliki valja (pregl. 1), ki predtavlja zgorevalno/vbrizgalno komoro. Šoba je potavljena v redišèe zgornje plokve valja. Analiza je izvedena na šobah štirimi odprtinami (4,35, 4,25 in 4,4 ). Lega šobe in izmere o predtavljeni na liki 1 in v preglednici 2. 2 NUMERICAL EXAMPLES Spray analye were made on a HP worktation uing the CFD program FIRE (v62b). Fuel-injection, i.e. pray behaviour, wa analyed in a three-dimenional cylindrical meh model (dimenion ee tab.1), repreenting the combution/injection chamber. The nozzle i poitioned at the centre o the upper cylinder plane. Analye were made or the three dierent type o our-hole nozzle (4.35, 4.25, 4.4 ). The poition and dimenion o the nozzle are preented in Fig.1 and Tab.2. tran 629

4 Preglednica 1. Izmere komore in zaèetni pogoji v komori Table 1. Chamber dimenion and initial condition Premer komore Višina komore Št. elementov Število vozlišè Tkomore Chamber diameter Chamber height No. volume No. node Tchamber K 1 bar Preglednica 2. Izmere šobe, karakteritike goriva in vbrizgavanja Table 2. Nozzle dimenion, uel and pray characteritic Premer odprtine šobe Nozzle hole diameter Naklonki kot šobe Kolièina vbrizganega goriva Šoba A Nozzle A Šoba B Nozzle B Šoba C Nozzle C Nozzle inclination angle Inj. uel quantity tvbrizg tinj. Tgoriva pkomore pchamber,35,25,4 38,5 151,6 3,2 313 K D2 Tuel Gorivo Fuel / nozzle hole 2,3 hole 1,4 hole 4 hole 3 hole 1 hole 2 Sl. 1. Nagibni koti šobe, odprtin šobe in razporeditev odprtin Fig. 1. Nozzle inclination angle, nozzle hole inclination angle, nozzle hole ditribution V prvem primeru mo primerjali potek vbrizgavanja in oblikovanja curka na šobi A za tri razliène zaèetne vrednoti Sauterjevega premera z enakim potekom krivulje porazdelitve, kakor je prikazano na liki 2 (p1, p2, p3). V drugem primeru o bile porazdelitvene unkcije razliène (p4 do 7), medtem ko je bila zaèetna vrednot v veh razlièicah enaka. Analiziranje karakteritik curka z uporabo ite velikotne porazdelitve p3 na šobah A, B in C je bilo izvedeno v primeru 3. V zadnjem primeru mo primerjali rezultate, dobljene v primeru šobe A porazdelitvijo p3 in dejanko karakteritiko vbrizgavanja (K1-l.2) uporabljeno v veh poprejšnjih tetiranjih karakteritikama vbrizgavanja K2 in K3, prikazanima na liki 2. 3 REZULTATI Vrednoti, izraèunane z uporabo paketa FIRE za šobe A-1, A-2 in A-3, o prikazane na liki 3. S like je razvidno, da e vrednoti v drugi polovici vbrizgavanja, kljub razliènim zaèetnim vrednotim, ne razlikujejo bitveno. Do veèjih razlik prihaja predvem v zaèetnem delu vbrizgavanja. Te razlike lahko pripišemo razlikam v izbranih zaèetnih vrednotih. Èe med eboj primerjamo rednje vrednoti v èau vbrizgavanja, In the irt example we calculated the injection proce and the pray ormation or nozzle A uing three dierent value o the initial Sauter mean diameter and an equal probability curve (p1, p2 and p3-ee Fig.2). The econd example preent dierent ditribution (p4 to p7, Fig.2) with an equal initial value o or nozzle B. Three dierent nozzle (A, B and C) uing the ame initial droplet ize ditribution were employed in example 3. In the lat example three dierent uelinjection characteritic a hown in Fig. 2 were ued. 3 RESULTS The value o calculated uing the CFD package or nozzle A-1, A-2 and A-3 are preented in Fig. 3. It i evident that there are almot no dierence between the value in the econd part o the injection, in pite o the dierent initial condition. Major dierence occur only during the early tage o the injection proce. Thee dierence are probably the reult o dierent initial value o. Comparing the calculated mean value o in the chamber with the tran 63

5 25 N 2 N Primeri porazdelitve p1 do p7 Ditribution example p1 to p d d32 [] 32 p 1 p 2 p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 3/m 2 q [3/m] 15 q 1 5 Karakteritike vbrizgavanja K1, K2, K3 Injection characetritic K1, K2, K3,5,1,15,2 èa vbrizgavanja èa injection vbrizgavanja time [] K1 K2 K3 Sl. 2. Zaèetne porazdelitve in karakteritike vbrizgavanja Fig. 2. Initial ditribution and the uel-injection characteritic Preglednica 3. Tip šobe, porazdelitev in karakteritika vbrizgavanja za poamezen primer Table 3. Type o the nozzle, ditribution and the uel-injection characteritic or a particular example Primer 1 Example 1 Primer 2 Example 2 Primer 3 Example 3 Primer 4 Example 4 Šoba A-1 Nozzle A-1 Šoba A-2 Nozzle A-2 Šoba B-4 Nozzle B-4 Šoba B-5 Nozzle B-5 Šoba B-6 Nozzle B-6 Šoba B-7 Nozzle B-7 Šoba C-3 Nozzle C-3 /1 /1 /2 /2 /3 /3 Šoba Nozzle Porazdelitev Ditribution Karakteritika Characteritic A p1 K1 A p2 K1 A p3 K1 B p3 K1 B p4 K1 B p5 K1 B p6 K1 B p7 K1 A p3 K1 B p3 K1 C p3 K1 A p3 K1 A p3 K2 A p3 K3 ugotovimo, da o razlike v izraèunanih vrednotih manjše od razlik med zaèetnimi rednjimi vrednotmi (pregl. 4). S like 3 je razvidno, da e povpreèna vrednot v komori v zaèetni azi vbrizgavanja bitveno zmanjšuje, v èau med 1/5 in 1/3 èaa vbrizgavanja e povpreèna vrednot poveèuje, v nalednji tretjini e ponovno zmanjšuje, v zadnji azi pa e nekoliko poveèa. Slednje poveèanje lahko pripišemo dejtvu, da e najbolj oddaljene kapljice v tej azi že približajo oziroma zadenejo ob teno komore, impoed initial value, we can ee that the dierence between the calculated value are maller than the dierence between the initial value (Tab. 4). From Fig. 3 we can ee the decreae o the calculated mean value o in the chamber during the irt part o the injection. Between one-ith and one-third o the injection time, the mean value o increae, while in the next third it lightly decreae again. At the end o the injection proce the mean value o in the chamber decreae. Thi could be the reult o droplet impingement into the chamber tran 631

6 I the reult o one empirical model uing dierent initial condition are compared then only light dierence are oberved becaue the initial droplet probability (p1, p2, p3) doe not have a much impact on the pray characteritic that are ued in empirical calculation a the initial condition (outlow velocity, preure dierence). According to thi, in cae where only one nozzle and a ingle injection characteritic with a dierent initial probability are ued, the ame empirical reult are employed. Fig. 4 how major dierence in the calculated value or uing dierent empirical model with the ame initial condition. The comparikjer e dejanko nabirajo oz. združujejo, kar kljub upoštevanju uparjanja najverjetneje vodi do poveèevanja. Sam potek krivulj pa je predvidoma poledica karakteritike vbrizgavanja. wall, where maller droplet merge with the bigger one. The hape o the curve preented in Fig. 3 i probably the reult o the injection characteritic. Preglednica 4. Primerjava zaèetnih in rednjih vrednoti v komori za primer 1 z uporabo RDT Table 4. Comparion o the initial mean and calculated mean value o in the chamber or example 1 Šoba A-1 Nozzle A-1 Šoba A-2 Nozzle A-2 d32zaèetni,r v d32initial,mean in d32izraèunan,r v d32calc.,mean in 111,3 4,7 127,5 44,9 8,7 36, Šoba A-1 Nozzle A-1 Šoba A-2 Nozzle A-2 2,5,1,15,2 èa vbrizgavanja injection time Sl. 3. Primerjava rezultatov analize z uporabo raèunke dinamike tekoèin za primer 1 Fig. 3. Comparion o the reult rom the CFD analyi or example 1 Preglednica 5. Primerjava rednjih vrednoti za primer 1 Table 5. Comparion o the calculated mean value o or example 1 Model: A-1 A-2 A-3 Hiroyau NACA Lichty Filipoviæ Hakki Elkotb d32 v d32 in 4,7 44,9 36,8 35,4 27,2 137,8 52,5 45,9 7,7 Èe primerjamo rezultate, dobljene na temelju poameznega empiriènega izraza za razliène porazdelitve, lahko ugotovimo, da e empirièni rezultati med razliènimi porazdelitvami (p1, p2, p3) ne razlikujejo bitveno, ker verjetnotna porazdelitev ne vpliva bitveno na karakteritike curka, ki jih empirièni izrazi uporabljajo za izraèun vrednoti (hitrot iztekanja, tlaèni padec). Zato je bil v veh razlièicah, kjer e pojavlja enaka šoba z enako karakteritiko vbrizgavanja in z razliènimi porazdelitvami, upoštevan enak empirièni rezultat. Iz rezultatov na liki 4 je razvidno, da e, dobljeni tran 632

7 Hiroyau NACA / Šoba A-1 / Nozzle A-1 Šoba A-2 / Nozzle A-2 Lichty Elkotb Filipoviæ Hakki 1 5,5,1,15,2 èa vbrizgavanja injection time Sl. 4. Primerjava izraèunanih z raèunko dinamiko tekoèin in empiriènimi modeli Fig. 4. Comparion o the reult o calculated uing CFD and empirical model po poameznih empiriènih izrazih, med eboj bitveno razlikujejo. Po primerjavi rednjih vrednoti (pregl. 4) lahko ugotovimo, da empirièna izraza Hakki in Hiroyau za ve tri primere z odtopanjem, manjšim od 2 % dajeta razmeroma zelo natanène rezultate. Iz rezultatov primera 2 na liki 5 lahko ugotovimo, da na vrednot v zaèetni azi vbrizgavanja vpliva vrednot premera kapljice z najveèjo verjetnotjo, aj je za šobo B-4 v zaèetni azi bitveno manjši kakor v šobah B-3, B-5, B-6 in B- 7. V nadaljevanju e poteki razmeroma dobro prekrivajo. Iz tega lahko klepamo, da velikotna porazdelitev v rednjem delu ne vpliva na, medtem ko v konèni azi prihaja do veèjih razlik med poameznimi šobami. V preglednici 6 o prikazane rednje vrednoti, od koder je razvidno, da Hakki in on o the mean calculated value in the chamber i hown in Tab.5. The reult o the CFD analyi are cloet to the model o Hakki and Hiroyau. The dierence are maller than 2 % in all three cae. From the reult o example 2, preented in Fig. 5, it i clear that the value o during the early injection time are mainly inluenced by the value o the initial droplet diameter with the highet probability. So the at the nozzle B-4 i much maller than the in the other cae (B-3, B-5, B-6 and B-7). Later, the value o in all cae are almot the ame; o we can ay that the value o the initial droplet diameter probability doe not inluence the value o in chamber during the middle part o the injection. In contrat, the dierence between the reult or dierent nozzle durign the econd part o the injection are larger. Table 6 preent the calculated mean value o. Again, it i clear that the empirical model Preglednica 6. Primerjava rednjih vrednot za primer 2 Table 6. Comparion o the calculated mean value o or example 1 Model: Šoba B-4 Nozzle B-4 Šoba B-5 Nozzle B-5 Šoba B-6 Nozzle B-6 Šoba B-7 Nozzle B-7 d32 v d32 in 26,2 31,6 31,7 27,3 28,9 Hiroyau NACA Lichty Filipoviæ Hakki Elkotb 29,5 13,9 7,3 38,4 27,3 34,3 tran 633

8 Šoba B-4 Nozzle B-4 Šoba B-6 Nozzle B-6,5,1 èa vbrizgavanja,15,2 injection time Sl. 5. Primerjava za primer 2 z uporabo raèunke dinamike tekoèin Fig. 5. Comparion o rom the CFD analyi or example 2 Hiroyau v veh razlièicah ponovno najmanj odtopata. Rezultati analize šob A, B in C o potrdili prièakovanja, da prememba izmere odprtine šobe pomembno vpliva na vrednoti Sauterjevega premera kapljic v komori. Ne glede na enake zaèetne vrednoti, e vrednoti bitveno razlikujejo med eboj. Glede na to, da o bile za ve tri razlièice uporabljene ite porazdelitvene unkcije z enako zaèetno rednjo vrednotjo, lahko ob analiziranju rezultatov v zaèetni azi vbrizgavanja ponovno ugotovimo, da o izraèunane vrednoti na zaèetku vbrizgavanja odvine od premera kapljice z najveèjo verjetnotjo (l. 6). V nadaljevanju o razlike veèje, aj izmera odprtine šobe vpliva na hitrot iztekanja iz šobe, ki pomembno vpliva na potek razpada curka. Najboljše prekrivanje empiriènih rezultatov z rezultati raèunalniške analize ponovno dajeta izraza Hiroyau in Hakki. Oba e v celotnem èau vbrizgavanja razmeroma dobro prekrivata z rezultati raèunke dinamike tekoèin, ob tem pa o rednje vrednoti po èau, izraèunane po Hiroyau, v obeh primerih manjše od 15% (pregl. 7). S like 7 je razvidno, da karakteritika vbrizgavanja bitveno vpliva na vrednoti v komori. V zaèetni azi vbrizgavanja prihaja do veèjih odtopanj med vemi karakteritikami, medtem ko e zadnji tretjini Šoba B-5 Nozzle B-5 Šoba B-7 Nozzle B-7 Preglednica 7. Primerjava izraèunanih rednjih vrednoti za primer 3 Table 7. Comparion o the calculated mean value or example 3 o Hakki and Hiroyau yield the mallet dierence or all cae. The reult or the three dierent nozzle A, B and C conirmed our expectation that the nozzlehole diameter igniicantly aect in the chamber. In pite o the ame initial droplet diameter and probability value, there are major dierence in the value in the chamber. Since the ame initial droplet probabilitie were ued or all three nozzle, it i again clear that the calculated value o at the beginning o the injection proce are inluenced by the initial droplet diameter with the highet probability (Fig.6). Later on, dierence become larger, which i the reult o the nozzle-hole outlet diameter, which igniicantly aect the outlow velocity and conequently the pray atomiation. The mallet dierence between the empirical and the CFD reult are again ound or the model o Hiroyau and Hakki. During the whole injection period the reult o both model are comparable with the CFD reult. For the Hiroyau model the mean value dierence i maller than 15% in all threee cae (Tab. 7). Fig. 7 how that the injection characteritic have a great inluence on the value o in the chamber. The dierence or all three cae are igniicant during the whole injection period. Only the d32 Šoba C-3 Nozzle C-3 Fire Hiroyau NACA Lichty Filipoviæ Hakki Elkotb 36,8 35,4 27,2 137,8 52,5 45,9 7,7 26,2 29,5 13,9 5,3 42,7 23,1 34,3 44,2 38, 35,3 24,4 57, 54,3 94, tran 634

9 Šoba C-3 Nozzle C ,4,8,12,16,2 èa vbrizgavanja injection time Sl. 6. Primerjava za šobe A, B, C Fig. 6. Comparion o or nozzle A, B, C /1 /1 /2 /2 /3 /3 2,5,1,15,2 èa vbrizgavanja injection time Sl. 7. Primerjava za primer 4 z uporabo raèunke dinamike tekoèin Fig. 7. Comparion o the reult or example 4 uing the CFD vrednoti v primerih K1 in K2 karakteritike vbrizgavanja koraj popolnoma ujemajo. Na drugi trani pa prihaja v primeru K3 do izredno velikih odtopanj. Ugotovimo lahko tudi, da je vrednot na amem zaèetku vbrizgavanja enaka v veh primerih. Iz tega lahko torej zagotovo klepamo, da o vrednoti v zaèetni azi vbrizgavanja odvine le od vrednoti premera kapljice z najveèjo verjetnotjo. Primerjava z vrednotmi, izraèunanimi z empiriènimi izrazi, ponovno pokaže, da izraz Hakki daje dobre rezultate, aj je odtopanje v veh primerih ponovno manjše od 2 %, v primeru K3 je odtopanje celo manjše od 8 %. reult in cae K1 and K2, in the econd part o the injection, are almot covered. Again, it i clear that the value o in irt ew tep are almot equal in all three cae. From thi we can conclude that the value o at the beginning o the injection are mainly inluenced by the value o the droplet with the highet probability. A comparion o the CFD reult with the empirical model again how the mallet dierence when uing the empirical model o Hakki, where dierence in all three cae are maller than 2 %. In cae K3 the dierence i maller than 8 %. tran 635

10 Preglednica 8. Primerjava rednjih vrednoti za primer 4 Table 8. Mean value o comparion or example 4 d32 Model: Fire Hiroyau NACA Lichty Filipoviæ Hakki Elkotb K1 36,8 35,4 27,2 137,8 52,5 45,9 7,7 K2 27,9 33,4 17,6 89,2 46,5 33,7 42,9 K3 73,1 37,8 59,7 32,8 61,7 67,6 181,5 4 SKLEPI Na temelju predtavljenih rezultatov lahko podamo nalednje klepe: Vrednot na zaèetku vbrizgavanja je v glavnem odvina od izbrane zaèetne rednje vrednoti kapljice z najveèjo verjetnotjo. S lik 3, 5, 6 in 7 je razvidno, da o vrednoti na zaèetku vbrizgavanja enake zaèetnim vrednotim premera kapljic z najveèjo verjetnotjo. Na vrednoti v drugi polovici vbrizgavanja zraven geometrijke oblike šobe in karakteritike vbrizgavanja vpliva zaèetna velikotna porazdelitev kapljic. Z uporabo empiriènih izrazov Hakki in Hiroyau, ki v veh analiziranih primerih dajeta podobne rezultate kakor raèunalniška analiza, i lahko pomagamo pri izbiranju zaèetnih vrednoti velikoti kapljic. 4 CONCLUSIONS Baed on our reult we can make the ollowing concluion: The value at the beginning o the injection i mainly aected by the value o the initial droplet diameter with the highet probability. From Fig. 3, 5, 6 and 7 we can ee that the value o at the beginning o the injection are almot equal to value o the initial droplet with the maximum probability. The value o the droplet during the econd part o the injection i mainly aected by the nozzle geometry, the injection characteritic and the initial droplet probability ditribution. Uing the empirical model o Hakki and Hiroyau, which alway reult comparable to the CFD analyi, the initial ize o the droplet can be et. 5 LITERATURA 5 REFERENCES [1] FIRE Verion 6.2b Uer manual, AVL Lit GmbH Graz. [2] Heywood, J.B., Internal combution engine undamental, McGraw-Hill, New York, ISBN X. [3] Hiroyau, H. et al. (198) Fuel pray characterization in Dieel engine, Combution modeling in reciprocating engine, , Plenum Pre. [4] NACA Report 13, Cleveland, Ohio, [5] Lichty, L. (1967) Combution engine procee, McGraw-Hill, New York. [6] Hakki, O.Z., Calculation o pray penetration in Dieel engine, SAE [7] Filipoviæ, I. (1983) Analiza motornih parametara ubrizgavanja alternativnih goriva, Doktorka diertacija, Mašinki Fakultet Univerze u Sarajevu, Sarajevo. [8] Elkotb, M.M.(1982) Fuel atomization or pray modeling, J. Progre in Energy and Combution Science, Vol. 8, 1, Nalov avtorjev: mag. Martin Volmajer doc.dr. Breda Kegl Univerza v Mariboru Fakulteta za trojništvo Smetanova 17 2 Maribor Author Addre: Mag. Martin Volmajer Doc.Dr. Breda Kegl Univerity o Maribor Faculty o Mechanical Eng. Smetanova 17 2 Maribor, Slovenia Prejeto: Received: Sprejeto: Accepted: tran 636