디젤 및 가솔린 분사기 시스템의 정확한 시뮬레이션
스프레이 모델링에 대한 Lagrangian 또는 Discrete Droplet Model 접근 방식은 30년 이상 동안 개발되어 왔으며 디젤 또는 가솔린 엔진 모두의 여러 다른 분사기 타입에 대해 성공적으로 사용되어 왔습니다.
  • The ELSA model used to predict spray primary breakup
  • LES/VOF calculation of the spray primary breakup process used to calculate initial conditions for a Lagrangian model
  • Graph of calculated distribution of droplet sizes.
  • Graph of effect of surface temperature on wall film evaporation rate between saturation temperature and the Leidenfrost temperature
  • Wall film in a DI Diesel Engine
  • Summary of STAR-CD and es-ice capabilities : to keep pace with developments in engine technology, CD-adapco is continuously developing the software to add new capabilities and functionality

스프레이 모델링에 대한 Lagrangian 또는 Discrete Droplet Model 접근 방식은 30년 이상 동안 개발되어 왔으며 디젤 또는 가솔린 엔진 모두의 여러 다른 분사기 타입에 대해 성공적으로 사용되어 왔습니다.

이 기간 동안에 연료 분사 시스템에 있어서 획기적인 진화가 있었는데, 예를 들어, 공통 레일 시스템과 복수의 분사기가 일반화 되었으며 분사 압력이 10배 정도 증가하게 되었습니다. STAR-CD의 모델은 진화를 거듭하여 이들 시스템에 의해 생성되는 스프레이를 정확하게 모델링할 수 있게 되었습니다.

스프레이 특성은  일차 분쇄 과정에 따라 전적으로 달라집니다. 이는, 반대로, 노즐 지오메트리, 엔진 작동 조건, 연료 분사율 그리고 연료 및 가스 속성에 의해 결정됩니다.

STAR-CD가 Lagrangian 계산을 위한 초기 조건 결정을 돕는 다수의 반 실험적인 관계식을 포함하고 있지만 그리고 이들이 수년 동안 성공적으로 사용되어 왔지만 CD-adapco는 또한 액체 스프레이의 노즐 내 흐름과 분쇄를 해결하는데 있어 신뢰도를 높일 수 있는 두 가지 다른 방법도 추구해 왔습니다.

이에 대한 첫 번째 시도는 노즐 구멍의 내부 및 다운스트림 시작부를 연속적인 Eulerian 액체 상태로 모델링하는 ELSA (Eulerian-Lagrangian 스프레이 원자화) 모델 입니다. 이는 일차 분쇄 과정이 액체 표면 면적 밀도 방정식을 통해 모델링되는 Eulerian 및 Lagrangian 영역 사이에 전환 구역을 도입하는 Lagrangian 모델과 함께 이루어집니다. 그렇게 함으로써, 노즐 설계 또는 분사 및 엔진 작동 조건의 효과를 즉각적으로 볼 수 있게 됩니다.

이 모델은 다양한 범위의 작동 조건과 비 기화 및 기화 스프레이 모델 모두에 대해 리그(rig) 기반의 실험적 데이터에 비교하였을 때 우수한 일치 정도를 나타내며 현재 인-실린더 스프레이 및 연소 시뮬레이션에 사용되고 있습니다. 위의 그림은 이 방법의 주요 원리를 보여줍니다.

더욱 상세하고 기본적인 접근 방식은 액체 부피(Volume-of-Fluid, VOF)와 Large Eddy Simulation(LES)에 기반한 방법을 사용하여 인-노즐 흐름과 일차 분쇄를 계산하는 것입니다. 원칙적으로, 이 기법은 연속적인 액상을 깨뜨리고 분쇄에 중요한 모든 난류에 대해 모델링 하는 것이며 따라서 이는 일차 분쇄 과정 자체를 모델링 하는 것 보다는 직접 계산을 할 수 있습니다.

액체 핵으로부터 생성되는 모든 액체 "알갱이"의 크기, 속도, 위치 등등을 연속적으로 추적함으로써 , 이 방법이 실험적으로 수행될 수 있는 유사 방법으로 크기와 속도에 대한 통계 자료를 수집할 수 있습니다. 본래의 정보도 조건에 따라 샘플링을 할 수 있는데, 예를 들어, 위치에 따라서는 , 노즐 설계에 기초하여 Lagrangian 계산에 대한 초기 조건을 제공하는 일반적인 방법이 있습니다.

더욱 높은 열적 부하와 함께 증가되는 분사 압력은 또한 표면 온도가 액상 포화 온도보다 높은  분출 영역을 초래 하였습니다. 이 높은 온도 조건에서와 Leidenfrost 온도 조건하에서 더욱 현실적인 이해를 위해 STAR-CD에 새로운 모델이 추가되었습니다.

비록 기화에 대한 일반적인 복수 성분 모델이 수년 동안 STAR-CD에서 제공되어 왔지만, 최근에는 , E10(10% 에타놀, 90% 가솔린) 또는 B30(30% 바이오디젤, 70% 디젤) 같은 2-성분 연료 혼합체가 주종을 이루게 되었으며, 이들의 기화와 혼합을 ECFM 및 PVM
연소 모델이 직접 사용할 수 있는 증기장(vapour field)을 올바르게 산출하기 위해 모델링되었습니다.

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