Een van de grote uitdagingen in de lucht- en ruimtevaarttechniek is de ontwikkeling van hypersonische voertuigen die kunnen reizen op of boven Mach 5 - ongeveer 4, 000 mijl per uur of sneller. Echter, verbranding van vloeibare brandstof bij die snelheden en atmosferische omstandigheden is niet goed begrepen.

Zoeken naar oplossingen voor het gedrag van supersonische vloeistoffen, onderzoekers van de Universiteit van Tennessee-Knoxville, en de Amerikaanse luchtmacht gebruiken neutronenradiografie in het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Department of Energy (DOE). Het team zegt dat een beter begrip van de sproeidynamiek zal leiden tot verbeterde ontwerpen voor brandstofinjectoren voor de luchtvaart- en auto-industrie, evenals voor andere sproei-gerelateerde toepassingen die in de landbouw worden gebruikt. farmaceutica en productie.

"In hypersonische systemen, als je vliegt, zeggen, Mac 5, je vliegt eigenlijk als 1 000 meter per seconde, en de brandstof moet in een supersonische stroom worden gespoten, die dan minder dan een milliseconde heeft om te branden, "Zei UT-hoogleraar Zhili Zhang. "Dus we hebben een mondstuk nodig dat efficiënt genoeg is om dit te doen; maar, helaas, er is geen standaard mondstuk."

Met behulp van de IMAGING-bundellijn CG-1D bij ORNL's High Flux Isotope Reactor, de onderzoekers ontwierpen een experiment met verschillende sproeierconfiguraties om de interne en externe stroompatronen te bestuderen voor en net nadat de spray in de verbrandingskamer is verspreid.

Neutronen zijn ideaal voor dit soort onderzoek omdat ze op een niet-destructieve manier door bijna elk materiaal kunnen kijken en gevoelig zijn voor lichte elementen zoals waterstof en verschillende koolwaterstoffen die in vliegtuigbrandstof worden gebruikt. Specifieker, neutronenradiografie stelde het team in staat door de metalen sproeiers te kijken en de vloeistofdichtheden en het stroompatroongedrag te observeren om te bepalen hoe vloeibare brandstof effectiever zou kunnen stromen met verbeterde ontwerpen.

"We zijn geïnteresseerd in het ontwikkelen van een instrument waarmee mensen gegevens over dat gedrag kunnen krijgen. Van daaruit kunnen we dingen weten over verneveling en temperatuur en andere effecten die te maken hebben met verbrandingsefficiëntie, ", zegt UT-onderzoeksassistent Cary Smith. "Hoe meer we die dingen wetenschappelijk kunnen begrijpen, hoe beter we efficiënte sproeiers kunnen ontwerpen voor een betere verbranding."

HFIR is een DOE Office of Science User Facility. UT-Battelle beheert ORNL voor DOE's Office of Science. Het Office of Science is de grootste voorstander van fundamenteel onderzoek in de natuurwetenschappen in de Verenigde Staten en werkt aan het aanpakken van enkele van de meest urgente uitdagingen van onze tijd.