MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017359819
■00520260202105219
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798291566060
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32271789
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006248
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621
■1001  ▼aZhu,  Chenyi.
■24510▼aFundamental  Studies  of  Sprays  in  Energy-Intense  Systems:  Case  Studies  of  Pre-Chamber  Jet  Combustion  and  Freezing  Water  Sprays
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a175  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Wooldridge,  Margaret  S.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aImproving  the  understanding  of  spray  phenomena  can  benefit  design  and  implementation  of  many  important  engineering  applications  and  aid  in  the  interpretation  of  natural  phenomena.  Sprays  are  often  challenging  to  investigate  and  model  due  to  the  complex  physics  and  chemistry  involved.  The  objective  of  this  dissertation  was  to  advance  the  fundamental  understanding  of  sprays  in  two  energy-intense  systems:  chemically  reacting  gases  (important  in  pre-chamber  combustion)  and  freezing  water  sprays  (important  in  snowmaking).  The  systems  represent  extreme  differences  in  temperature,  pressure  and  fluid  phases.  The  focus  of  the  case  studies  was  on  identifying  key  physical  characteristics  of  the  sprays  and  associated  conditions  and  mechanisms  controlling  the  spray  features,  with  emphasis  on  characteristics  important  to  the  performance  of  each  system.  Interpretation  of  the  results  was  aided  by  computational  fluid  dynamics  (CFD)  modeling  and  spray  theory.  For  the  pre-chamber  combustion  system,  jet  characteristics  were  evaluated  using  in-cylinder  diagnostics  in  a  direct  injection  spark  ignition  (DISI)  engine  system.  Pre-chambers  with  three  different  designs  were  tested  and  compared.  Pressure,  heat  release  rate,  and  high-speed  combustion  imaging  were  used  to  evaluate  pre-chamber  performance.  The  results  showed  that  at  stable  conditions  (moderate  engine  speeds  and  loads:  1000  and  1500  revolutions  per  minute  (RPM),  3.2  bar  and  5.4  bar  net  indicated  mean  effective  pressure  (nIMEP)),  pre-chambers  with  symmetric  orifices  outperformed  a  conventional  spark  plug,  and  the  different  pre-chamber  designs  with  symmetric  orifices,  different  fuel  injection  pressures,  and  different  engine  speed-load  conditions  had  little  effect  on  the  jet  characteristics  (within  15%  of  quantitative  characteristics  like  flame  area).  However,  at  key  low  speed-load  operating  conditions  (800  RPM  and  1.5  bar  nIMEP),  the  pre-chambers  exhibited  a  stability  threshold  (based  on  standard  deviation  of  nIMEP),  below  which  performance  decreased  dramatically  with  significant  misfire.  Several  misfire  mitigation  strategies  were  investigated  and  only  enriching  fuel  (10%  more  fuel  globally)  improved  engine  stability  with  pre-chamber  combustion.  CFD  modeling  of  the  fuel  injection  and  compression  process  up  to  the  time  of  spark  provided  key  insights  on  local  stoichiometry  and  levels  of  dilution  in  the  pre-chamber.  Results  from  the  CFD  modeling  and  engine  experiments  showed  excellent  correlation  between  laminar  flame  speed  and  engine  stability  using  the  local  gas  compositions  inside  the  pre-chamber  near  the  spark  electrode.  This  finding  can  potentially  significantly  reduce  engine  design  optimization  efforts.  For  the  freezing  water  spray  system,  the  effects  of  ambient  temperature  (13  to  -15C),  two  nozzle  designs  (slot  and  swirl),  the  use  of  air  assistance  (internally  mixed  upstream  of  the  nozzles),  and  the  pressure  of  air  used  with  air  assistance  (0  to  4.8  bar)  on  near-nozzle  physical  characteristics  were  evaluated  using  high-speed  Mie-scattering  images.  Internal  mixing  of  air  with  water  changed  the  spray  characteristics,  increasing  the  cone  angle  of  the  sprays  by  40  degrees,  although  the  spray  cone  angle  was  insensitive  to  air  pressure  (1.7  to  4.8  bar).  Lower  ambient  temperature  increased  the  spray  expansion  and  decreased  the  spray  breakup  length.  Nozzle  design  also  affected  atomization.  Existing  spray  models  did  not  capture  the  experimental  results.  This  study  indicates  the  properties  of  the  two  spray  fluids  and  ambient  conditions  are  important  to  model  freezing  water  sprays  and  significant  additional  development  is  required  to  capture  the  complex  phenomena  important  to  freezing  water  sprays.  The  current  work  provides  new  data  and  insight  to  advance  spray  theory  and  models,  and  in  the  future  inform  the  next  generation  of  improved  freezing  sprays.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aFluid  mechanics
■653    ▼aPre-chamber  combustion
■653    ▼aMisfire
■653    ▼aComputational  fluid  dynamics
■653    ▼aFreezing  water  sprays
■653    ▼aHigh-speed  imaging
■653    ▼aImage  analysis
■690    ▼a0548
■690    ▼a0537
■690    ▼a0204
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359819▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서