Lasere måler jet -opløsning

Der er mange processer, såsom fremdrift, hvor væske i en superkritisk tilstand, hvor temperaturen og trykket sætter et stof ud over en væske- eller gasfase, der kan skelnes fra, injiceres i et miljø med superkritiske termodynamiske forhold. Under disse betingelser, blandings- og interaktionsdynamik opfører sig ikke, som de ville i deres veldefinerede væske- eller gasfaser.

Raketmotorer, gasturbiner og dieselmotorer oplever forhold i deres forbrændingskammer, der overstiger de kritiske forhold for deres brændstof, og superkritiske fint forstøvede sprøjter bruges til at dække tabletter til fremstilling af medicin. I begge tilfælde, forståelse af den præcise dynamik i, hvordan væsken bryder op og spredes, kan føre til grundlæggende forbedringer af måderne, hvorpå sådanne systemer er bygget.

Undersøgelsen af ​​jetdisintegration fokuserer især på brændstofopbrydning og blanding i forbrændingskammeret i fremdrivningsanordninger. Et team af forskere ved University of Florida anvendte spektroskopiske diagnostiske teknikker for at lære mere om det grundlæggende ved sub- og superkritisk jetopløsning, og rapporterer deres nye resultater i denne uge i journalen Væskers fysik .

"Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF) teknik og processen med at korrigere for absorptionseffekter er et værktøj, der er unikt for forbrændings- og fremdriftslaboratoriet, "sagde Shaun DeSouza, en forsker ved University of Florida og hovedforfatter af publikationen. "Denne metode giver kvantitative data til sammenligning med de kvalitative data, der frembringes ved hjælp af skyggegraveteknikken." Mens billedstudier af jetfly er blevet udført af mange forskellige forskningsinstitutioner, der er begrænsede kvantitative densitetsdata rapporteret i disse undersøgelser.

For at få de kvantitative data, DeSouza og hans samarbejdspartner kørte 48 test af jetfly injiceret fra en enkelt åbning i et kammer med en af ​​en række sub- til superkritiske temperatur- og trykkombinationer. De brugte en væske kaldet fluoroketon i disse tests på grund af dens lave kritiske temperatur og tryk, egenskaber, der styrer interessens superkritiske adfærd, såvel som dens særskilte spektrale funktioner, der er velegnede til PLIF -detektion.

Den aktuelle undersøgelse af enkeltåbningsstråler injiceret i et kammer med sub- til superkritiske temperaturer og tryk var fokuseret på effekten af ​​kammer-til-injektant-densitetsforholdet på jetopløsningen med 48 tests kørt over et omfattende tæthedsforholdsområde. Til disse tests, forskere brugte fluoroketon som arbejdsvæske, fordi den har en forholdsvis lav kritisk temperatur og tryk og en stærk absorption i det nærmeste ultraviolette område, hvilket gør det til et godt valg til skyggefotografering og PLIF -visualisering.

Resultaterne af undersøgelsen demonstrerede nøjagtigheden af ​​PLIF, billeddannelse af enkelte planer af strømningsfeltet gennem jetens centrum, hvilket fører til mærkbare forskelle i den målte spredningsvinkel sammenlignet med skyggegrafi. I modsætning til skyggen, der integrerer billeder af hele jetflyet, PLIF giver mere detaljerede tæthedsoplysninger, der belyser funktioner, som skyggeliste ikke kan registrere.

Hver billedteknik giver komplementære fordele, med PLIF, der leverer kvantitative densitetsresultater og skyggegrafi, der giver meget detaljeret flowvisualisering. Mens skyggrafikdataene var i overensstemmelse med tidligere visualiseringsundersøgelser, PLIF -resultaterne, der gav kvantitativ måling af det centrale jetfly densitet og densitetsgradienter tilbød nye og forskellige resultater.

Resultaterne afslørede også tendenser, der er nøglen til at forstå og forbedre applikationer som jetfremdrivning, såsom en stigning i normaliseret falddiameter og et fald i dråbefolkning, efterhånden som kamertemperaturerne steg. Ifølge arbejdet, imidlertid, både dråbestørrelse og fordeling var uafhængig af kammertryk.

"Det næste trin for denne forskningslinje er at udvide de udforskede termodynamiske forhold og forbedre billeddannelseshardware for at få en bedre forståelse under en større variation af forhold, "sagde DeSouza.