Bor bazlı nano sıvı yakıtların atomlaşması ve yanmasını incelemek için hiperspektral kameraların uygulanması

I. Araştırma Geçmişi ve Test Gereksinimleri

Havacılık ve uzay tahrik sistemi araştırmaları alanında, yeni bir yüksek enerji yoğunluklu yakıt türü olarak bor bazlı yüksek enerjili nanoakışkan yakıtlar, atomizasyon ve yanma özellikleri nedeniyle geniş çapta ilgi görmüştür. B/JP-10 nanoakışkan yakıtların tutuşma ve yanma özelliklerinin incelenmesinde araştırma ekibinin, yakıt atomizasyon yanma alevinin uzaysal karakteristik emisyon spektrumlarını test etmesi gerekiyordu.

Geleneksel spektral test yöntemleri, alevin farklı konumlarında spektral bilgi elde etmekte zorlanırken görüntüleme hiperspektral kameraları, alev bileşenlerinin mekansal dağılım analizine yönelik araştırma gereksinimlerini karşılayarak hedefin mekansal ve spektral bilgilerini aynı anda elde edebilir. Araştırma ekibi, yakıt atomizasyon alevinin uzaysal radyasyon spektrumunu sistematik olarak test etmek için CHNSpec Technology Co., Ltd. tarafından üretilen FS-22 görüntüleme hiperspektral kamerasını seçti.

II. Test Yöntemleri ve Spektral Seçim

Araştırma sürecinde, FS-22 görüntüleme hiperspektral kamerası, nanoakışkan yakıt atomizasyon yanma test sistemi ile birlikte kullanıldı. Bu test sistemi esas olarak bir numune besleme sistemi, bir atomizasyon nozulu, bir test sistemi ve bir numune alma sisteminden oluşur. Bor bazlı nanoakışkan yakıtı atomize etmek için bir hava atomizasyon memesi kullanılır ve numunenin atomize edilmiş jetini ateşlemek için bir plazma arkı kullanılır.

Hiperspektral kamera, yakıt atomizasyon alevinin uzaysal radyasyon spektral verilerini toplamak için kullanıldı. Bor elementi ve hidrokarbon yakıt yanmasının tipik karakteristik spektrumlarına dayanarak, araştırma ekibi analiz için iki spesifik radyasyon bandını seçti:

1. 431 nm (mavi bant):hidrokarbon yakıt JP-10'un yanma reaksiyonunu karakterize etmek için kullanılan CH radikallerinin radyasyonuna karşılık gelir.

2. 581 nm (yeşil bant):bor parçacıklarının yanma reaksiyonunu karakterize etmek için kullanılan BO₂ radikallerinin radyasyonuna karşılık gelir.

Şekil 7.11 431 nm ve 581 nm'de ağırlıkça %10 B/JP-10 Nanoakışkan Yakıtın Işınım Yoğunluğu

Araştırmacılar, bu iki karakteristik banttaki radyasyon yoğunluğunun uzaysal dağılımı üzerinde görüntüleme analizi yaparak, atomize alev içindeki farklı konumlardaki baskın reaksiyon türlerini ayırt edebilirler.

III. Deneysel Sonuçlar ve Analiz

Eksenel Merkez Konumunun Spektral Analizi

Hiperspektral kamera tarafından elde edilen görüntü verileri, atomize torçun eksenel merkezindeki spektral radyasyonun belirgin değişim modelleri sergilediğini göstermektedir. Pozisyon 1 ve Pozisyon 2'deki spektral eğriler, bor yanmasının karakteristik "beş parmaklı tepe noktalarını" içerir ve radyasyon yoğunluğu, nozuldan mesafeyle birlikte artar; bu, nozuldan Pozisyon 2'ye kadar atomize torcun merkezinde bir bor yanma reaksiyonunun mevcut olduğunu ve bor parçacıklarının hareketiyle kademeli olarak güçlendiğini gösterir. Pozisyon 3'ten Pozisyon 5'e kadar, atomize alevin merkezindeki bor karakteristik pikleri kaybolur, bu da bu bölümde bor parçacıklarının önemli bir kimyasal reaksiyonunun meydana gelmediğini gösterir.

Radyal Konumların Spektral Analizi

Eksenel merkez radyasyon yoğunluğunun en yüksek olduğu Konum 4'ü merkez olarak alarak, farklı radyal konumlardaki spektral radyasyonun karşılaştırmalı analizi şunu ortaya çıkardı: atomize torcun hem üst hem de alt kenarlarında bor radyasyon karakteristik tepe noktaları mevcuttur, ancak üst kenardaki genel radyasyon yoğunluğu alt kenardakinden biraz daha yüksektir. Bunun nedeni, JP-10 buharının kaldırma kuvvetinin etkisi altında yukarı doğru hareket etmesi ve bunun sonucunda torcun üst kısmındaki reaksiyona daha fazla miktarda JP-10'un katılmasıdır. Eş zamanlı olarak, alt kenarda farklı bor radyasyon karakteristiği tepe noktaları mevcut olup bu, borun yerçekiminin etkisi altında aşağıya doğru hareket etme karakteristiği ile tutarlıdır.

Yanma Bölgesi Bölümü

Hiperspektral kamera tarafından elde edilen ve yakıt atomizasyon yanma görüntüleri ile birleştirilen uzamsal spektral radyasyon verilerine dayanarak araştırma ekibi, B/JP-10 nanoakışkan yakıt atomizasyon alevinin merkezini nozülün eksenel yönü boyunca dört yanma bölgesine ayırdı: B/JP-10 birleşik yanma bölgesi (çıkış bölümü), JP-10 tek fazlı yanma bölgesi (kararlı yanma bölümü), B/JP-10 birleşik yanma bölgesi (kuyruk alev bölümü) ve bor tek fazlı yanma bölgesi. Bu bölgesel bölüm, yakıt atomizasyonlu yanma mekanizmasının daha iyi anlaşılması için bir temel sağlar.

IV. Vaka Özeti

CHNSpec FigSpec FS-22 hiperspektral kameranın bor bazlı yüksek enerjili nanoakışkan yakıtların araştırma ve geliştirmesinde uygulanması, yanma süreci sırasında mekansal ve spektral bilgilerin entegre bir şekilde toplanmasını sağlayarak, geleneksel algılama yöntemlerinin tüm alev alanını kapsamaya çalıştığı ve aynı anda bileşen dağılımlarını elde edemediği sıkıntı noktasını çözmüştür. İstikrarlı görüntüleme performansı ve ince spektral çözünürlük yetenekleri, yüksek enerjili yakıt formülü optimizasyonu, yanma mekanizması araştırması ve yanma modelinin oluşturulması için güvenilir bir algılama aracı sağlayarak, yeni havacılık ve uzay itici yakıt türleri için teknik atılımlara yardımcı olur.

Ürün Önerisi:FigSpec FS-22 Görüntüleme Hiperspektral Kamera

• Görüntü Çözünürlüğü: 1920*1920
• Spektral Aralık: 400-1000nm
• Spektral Çözünürlük (FWHM): 5nm
• Spektral Kanal Sayısı: 600