Effect of the ambient gas properties on the diesel spray tip penetration and spreading angle

Abstract

[ES] En este trabajo, se estudia el efecto de las propiedades del gas ambiente en la penetración y el ángulo del chorro diésel, bajo altas presiones de inyección. Para este fin, se utilizó un inyector piezoeléctrico de multiorificio y la técnica óptica de dispersión MIE para visualizar el chorro. Se emplearon presiones de inyección que alcanzaron hasta 270 MPa a lo largo de los experimentos. De esta manera, se analizó el comportamiento del chorro que pasa del estado subsónico al supersónico. Esto fue posible mediante el control de la velocidad del sonido del gas ambiente, promoviendo de esta manera los chorros supersónicos. Para este propósito, las mediciones se realizaron utilizando tres gases diferentes en la cámara (SF6, CO2 y N2), en condiciones isotérmicas. Los resultados mostraron que los chorros cerca del estado transónico o supersónico tenían una mayor tasa de penetración que las que se encontraban en estado subsónico. Adicionalmente, en los chorros cerca del estado transónico o supersónico, aquellos con mayor número de Mach tuvieron una penetración más rápida. De manera diferente, dentro de los chorros en estado subsónico, no se encontraron variaciones significativas en la tasa de penetración de los mismos, independientemente de la diferencia en el número de Mach. La aparición de ondas de choque fue señalada como una posible explicación para las variaciones de penetración del chorro observadas. Finalmente, se presenta un análisis estadístico para la penetración del chorro en condiciones isotérmicas y para cada gas ambiente.

[EN] In this work, the effect of the ambient gas properties on diesel spray penetration and spreading angle are studied, under high injection pressure. To this end a multi-hole piezoelectric injector was used, and MIEscattering optical technique to visualize the spray. Injection pressures up to 270 MPa were used throughout the experiments. Additionally, the spray behavior going from subsonic to supersonic state was analyzed by controlling the ambient gas speed of sound, promoting in this way supersonic jets. For this purpose, measurements were done using three different ambient gases (SF6, CO2, and N2) at isothermal conditions. The results showed that sprays near transonic or in supersonic state had a higher penetration rate than those in subsonic state. Furthermore, among the sprays near transonic or in supersonic state, those with higher Mach number had faster penetration. Differently, within the sprays at subsonic state, no significant variations in spray penetration rate were found, regardless of the difference in the Mach number. Shock waves appearances were pointed out as a possible explanation for the spray penetration variations observed. Finally, a statistical analysis is presented for the spray penetration under isothermal conditions and for each ambient gas.