Er zijn veel processen, zoals voortstuwing, waarin vloeistof in een superkritische toestand, waar de temperatuur en druk een stof voorbij een onderscheidbare vloeibare of gasfase brengen, wordt geïnjecteerd in een omgeving van superkritische thermodynamische omstandigheden. Onder deze voorwaarden, meng- en interactiedynamica gedragen zich niet zoals ze zouden doen in hun goed gedefinieerde vloeistof- of gasfasen.

raket motoren, gasturbines en dieselmotoren ervaren omstandigheden in hun verbrandingskamer die de kritische omstandigheden van hun brandstof overschrijden, en superkritische fijn vernevelde sprays worden gebruikt om tabletten te coaten bij de productie van medicijnen. In beide gevallen, het begrijpen van de precieze dynamiek van hoe de vloeistof uiteenvalt en verspreidt, kan leiden tot fundamentele verbeteringen in de manier waarop dergelijke systemen worden gebouwd.

De studie van desintegratie van straalmotoren richt zich in het bijzonder op het uiteenvallen en mengen van brandstof in de verbrandingskamer van voortstuwingsinrichtingen. Een team van onderzoekers van de Universiteit van Florida paste spectroscopische diagnostische technieken toe om meer te weten te komen over de fundamenten van sub- en superkritische jetdesintegratie, en rapporteert deze week hun nieuwe bevindingen in het tijdschrift Fysica van vloeistoffen .

"De Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF)-techniek en het proces van correctie voor absorptie-effecten is een hulpmiddel dat uniek is voor het verbrandings- en voortstuwingslaboratorium, " zei Shaun DeSouza, een onderzoeker aan de Universiteit van Florida en hoofdauteur van de publicatie. "Deze methode biedt kwantitatieve gegevens voor vergelijking met de kwalitatieve gegevens die door de schaduwgrafiektechniek worden geproduceerd." Hoewel beeldvormende onderzoeken van jets zijn uitgevoerd door veel verschillende onderzoeksinstellingen, er zijn beperkte kwantitatieve gegevens over de dichtheid gerapporteerd in deze onderzoeken.

Om die kwantitatieve gegevens te krijgen, DeSouza en zijn medewerker voerden 48 tests uit met jets die vanuit een enkele opening in een kamer werden geïnjecteerd met een van een reeks sub- tot superkritische temperatuur- en drukcombinaties. Ze gebruikten een vloeistof genaamd fluoroketon in deze tests vanwege de lage kritische temperatuur en druk, kenmerken die het superkritische gedrag van belang bepalen, evenals de verschillende spectrale kenmerken die goed geschikt zijn voor PLIF-detectie.

De huidige studie van jets met enkele opening die in een kamer met sub- tot superkritische temperaturen en drukken werden geïnjecteerd, was gericht op het effect van de kamer-tot-injectant-dichtheidsverhouding op de jetdesintegratie met 48 tests die werden uitgevoerd over een uitgebreid bereik van de dichtheidsverhouding. Voor deze testen is onderzoekers gebruikten fluoroketon als werkvloeistof omdat het een relatief lage kritische temperatuur en druk heeft en een sterke absorptie in het nabije ultraviolette bereik, waardoor het een goede keuze is voor schaduwgrafiek en PLIF-visualisatie.

De resultaten van de studie toonden de nauwkeurigheid van PLIF aan, beeldvorming van enkele vlakken van het stromingsveld door het midden van de jet, wat leidt tot merkbare verschillen in de gemeten spreidingshoek in vergelijking met schaduwgrafie. In tegenstelling tot schaduwgrafie, die op integratieve wijze de hele jet in beeld brengt, PLIF biedt meer gedetailleerde dichtheidsinformatie die functies verlicht die schaduwgrafie niet kan detecteren.

Elke beeldvormingstechniek biedt aanvullende voordelen, met PLIF voor kwantitatieve dichtheidsresultaten en schaduwgrafie voor zeer gedetailleerde stroomvisualisatie. Hoewel de schaduwgrafiekgegevens overeenkwamen met eerdere visualisatiestudies, de PLIF-resultaten die kwantitatieve metingen van de dichtheid van het centrale straalvliegtuig en de dichtheidsgradiënten leverden, boden nieuwe en verschillende resultaten.

De resultaten onthulden ook trends die essentieel zijn voor het begrijpen en verbeteren van toepassingen zoals straalaandrijving, zoals een toename van de genormaliseerde druppeldiameter en een afname van de druppelpopulatie naarmate de kamertemperaturen toenamen. Volgens het werk, echter, zowel de druppelgrootte als de verdeling waren onafhankelijk van de kamerdruk.

"De volgende stap voor deze onderzoekslijn is het uitbreiden van de onderzochte thermodynamische omstandigheden en het verbeteren van de beeldvormingshardware om een ​​beter begrip te krijgen onder een grotere verscheidenheid aan omstandigheden, ' zei De Souza.