Føler behovet for hurtighed, neutroner studerer væskeflow til hypersonisk flyvning

En af de store udfordringer inden for rumfartsteknik er udviklingen af ​​hypersoniske køretøjer, der er i stand til at køre på eller over Mach 5 - omkring 4, 000 miles i timen eller hurtigere. Imidlertid, forbrænding af flydende brændstof ved disse hastigheder og atmosfæriske forhold er ikke godt forstået.

Søger efter løsninger på supersonisk væskestrømsadfærd, forskere fra University of Tennessee-Knoxville, og US Air Force bruger neutronradiografi ved Department of Energy's (DOE's) Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Holdet siger, at en bedre forståelse af sprøjtedynamikken vil føre til forbedrede brændstofinjektordesigns til luftfarts- og bilindustrien samt andre sprøjterelaterede applikationer, der anvendes i landbruget, lægemidler og fremstilling.

"I hypersoniske systemer, når du flyver kl. sige, 5 mach, du flyver stort set som 1, 000 meter i sekundet, og brændstoffet skal sprøjtes ind i en supersonisk strøm, som så har mindre end et millisekund til at brænde, " sagde UT lektor Zhili Zhang. "Så vi har brug for en dyse, der er effektiv nok til at gøre dette; men, desværre, der findes ingen standardmundstykke."

Ved at bruge IMAGING beamline CG-1D ved ORNL's High Flux Isotope Reactor, forskerne designet et eksperiment med forskellige dysekonfigurationer til at studere de indre og ydre strømningsmønstre før og lige efter sprayen er spredt i forbrændingskammeret.

Neutroner er ideelle til denne form for forskning, fordi de kan se gennem næsten ethvert materiale på en ikke-destruktiv måde og er følsomme over for lette elementer som brint og forskellige kulbrinter, der bruges i jetbrændstof. Mere specifikt, neutronradiografi gjorde det muligt for holdet at se gennem metaldyserne og observere væsketæthederne og strømningsmønsterets adfærd for at bestemme, hvordan flydende brændstof kunne flyde mere effektivt med forbedrede designs.

"Vi er interesserede i at udvikle en instrumentkapacitet, der vil gøre det muligt for folk at få data om denne adfærd. Derfra vil vi være i stand til at vide ting om forstøvning og temperatur og andre effekter, der handler om forbrændingseffektivitet, " sagde UT kandidat forskningsassistent Cary Smith. "Jo mere vi videnskabeligt kan forstå disse ting, jo bedre vil vi være i stand til at designe effektive dyser til bedre forbrænding."

HFIR er en DOE Office of Science User Facility. UT-Battelle administrerer ORNL for DOE's Office of Science. Office of Science er den største enkeltstående tilhænger af grundforskning i de fysiske videnskaber i USA og arbejder på at løse nogle af vor tids mest presserende udfordringer.