Hay muchos procesos, como la propulsión, en los que el fluido en un estado supercrítico, donde la temperatura y la presión ponen una sustancia más allá de una fase líquida o gaseosa distinguible, se inyecta en un entorno de condiciones termodinámicas supercríticas. En estas condiciones, mezclary la dinámica de interacción no se comporta como lo haría en sus fases líquidas o gaseosas bien definidas.
Los motores de cohetes, las turbinas de gas y los motores diesel experimentan condiciones en su cámara de combustión que exceden las condiciones críticas de su combustible, y se utilizan aerosoles supercríticos finamente atomizados para recubrir tabletas en la producción de medicamentos. En ambos casos, comprender la dinámica precisa decómo el fluido se rompe y se dispersa puede conducir a mejoras fundamentales en la forma en que se construyen dichos sistemas.
El estudio de la desintegración por chorro en particular se enfoca en la descomposición del combustible y la mezcla dentro de la cámara de combustión de los dispositivos de propulsión. Un equipo de investigadores de la Universidad de Florida aplicó técnicas de diagnóstico espectroscópico para aprender más sobre los fundamentos de la desintegración por chorro sub y supercrítico,e informa sus nuevos hallazgos esta semana en la revista Física de fluidos , por AIP Publishing.
"La técnica de fluorescencia inducida por láser planar PLIF y el proceso de corrección de los efectos de absorción es una herramienta exclusiva del Laboratorio de combustión y propulsión", dijo Shaun DeSouza, investigador de la Universidad de Florida y autor principal depublicación ". Este método proporciona datos cuantitativos para la comparación con los datos cualitativos producidos por la técnica del gráfico de sombras". Si bien los estudios de imágenes de chorros han sido realizados por muchas instituciones de investigación diferentes, hay datos limitados de densidad cuantitativa reportados en estos estudios.
Para obtener esos datos cuantitativos, DeSouza y su colaborador realizaron 48 pruebas de chorros inyectados desde un solo orificio en una cámara con una de una gama de combinaciones de temperatura y presión subcríticas a supercríticas. Usaron un fluido llamado fluorocetona en estas pruebas porquede su baja temperatura y presión críticas, las características que rigen el comportamiento supercrítico de interés, así como sus características espectrales distintas que se adaptan bien a la detección de PLIF.
El estudio actual de chorros de orificio único inyectados en una cámara de temperaturas y presiones subcríticas a supercríticas se centró en el efecto de la relación de densidad de cámara a inyector en la desintegración del chorro con 48 pruebas realizadas en un amplio rango de relación de densidad.Para estas pruebas, los investigadores usaron fluorocetona como fluido de trabajo porque tiene una temperatura y presión críticas relativamente bajas y una fuerte absorción en el rango ultravioleta cercano, lo que la convierte en una buena opción para la visualización de gráficos de sombras y PLIF.
Los resultados del estudio demostraron la precisión de PLIF, capturando imágenes de planos individuales del campo de flujo a través del centro del chorro, lo que lleva a diferencias notables en el ángulo de dispersión medido en comparación con las sombras, a diferencia de las sombras, que integran las imágenes de todo el chorro,PLIF proporciona información de densidad más detallada que ilumina características que shadowgraphy no puede detectar.
Cada técnica de imagen ofrece ventajas complementarias, ya que PLIF proporciona resultados cuantitativos de densidad y la sombra ofrece una visualización de flujo muy detallada. Si bien los datos de gráficos de sombras coincidieron con estudios de visualización anteriores, los resultados PLIF que proporcionaron una medición cuantitativa de la densidad del plano de chorro central y los gradientes de densidad ofrecieron nuevosy resultados diferentes.
Los resultados también revelaron tendencias clave para comprender y mejorar aplicaciones como la propulsión a chorro, como un aumento en el diámetro de gota normalizado y una disminución en la población de gotas a medida que aumentaba la temperatura de la cámara. Sin embargo, según el trabajo, tanto el tamaño como la distribución de las gotas fueron independientesde presión de la cámara.
"El siguiente paso para esta línea de investigación es expandir las condiciones termodinámicas exploradas y mejorar el hardware de imágenes para obtener una mejor comprensión en una mayor variedad de condiciones", dijo DeSouza.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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