Proyección De Imagen Planar de la Fluorescencia Inducida Por Láser de los Radicales del OH en la Combustión de la Hipervelocidad Usando Sistema Intensificado del CCD de los Instrumentos de Princeton

Temas Revestidos

Tubos de Extensión y Túneles de Descarga Eléctrica Reflejados
Recurso del Tubo de Extensión en Stanford
Radicales del OH Para Obtener la Ubicación de las Ondas Expansivas Y la Región de Combustión
Cámara de los Instrumentos PI-MAX ICCD de Princeton Usada para el Experimento de OH-PLIF
Resultados del Experimento
Conclusiones

Tubos de Extensión y Túneles de Descarga Eléctrica Reflejados

Debido a las entalpías grandes asociadas a alto vuelo del Mach, solamente recursos del impulso sea capaz de proporcionar a la temperatura y a la hipervelocidad totales requeridas para replegar adecuadamente el ambiente del combustor. Los tubos de Extensión y los túneles de descarga eléctrica reflejados son dos tales ambientes del impulso donde la prueba de la hipervelocidad puede conducto. Los tubos de Extensión tienen la ventaja de menos especie química disociada que es formada, así como simulación más exacta de la química de la combustión, incluyendo retraso del encendido y tiempos de reacciones. Sin Embargo, los tiempos de la prueba posibles en tubos de extensión son más cortos que los de los túneles de descarga eléctrica reflejados.

La Utilización de los sistemas de propulsión con gran consumo de aire hipersónicos futuros es relacionada en la inyección, la mezcla, y los procesos eficientes de la combustión en la cámara de combustión de alta velocidad. Por ejemplo, para los motores del scramjet, estos procesos tienen que ser optimizados para las velocidades del vuelo superior al Mach 8. La Mayoría de la investigación de la combustión hasta la fecha se ha centrado en las velocidades mucho más inferiores que esto.

Recurso del Tubo de Extensión en Stanford

Los estudios de la combustión de la hipervelocidad de la DRS. Adela Ben-Yakar y Ronald K. Hanson conducto en el recurso del tubo de extensión de Stanford del Laboratorio De Alta Temperatura de la Dinámica De Gases (HTGL). Este recurso es uno del pocos que pueden proporcionar a una amplia gama de condiciones de la total-entalpía, incluyendo 4 a 6 mJ/kgair a las condiciones replegadas del Mach 10 a del Mach 13.

El tubo de extensión es 12 m de largo con un diámetro interno de 89 milímetros. Consiste en tres secciones: programa piloto, impulsado, y extensión. La sección del programa piloto se llena del gas a presión del helio y es separada por un diafragma doble de la sección presión-impulsada más inferior, que se llena del gas de la prueba. Una corrida es iniciada repartiendo los diafragmas para formar una onda expansiva que propague en el gas de la prueba, produciendo velocidad intermedia con la presión y temperaturas crecientes. El gas chocado de la prueba entonces es acelerado por un proceso del areaexpansion en la sección de la extensión, con una entalpía más alta del estancamiento y una presión de depósito efectiva más alta que el flujo del tubo de descarga eléctrica del cual originó.

Cuadro 1: Diagrama Esquemático del recurso del tubo de extensión de Stanford usado en estos experimentos.

Radicales del OH Para Obtener la Ubicación de las Ondas Expansivas Y la Región de Combustión

Los experimentos realizados por Ben-Yakar en la proyección de imagen simultánea usada de Schlieren del tubo de extensión y la fluorescencia inducida por láser planar de los radicales del OH (OH-PLIF), formadas por el autoignition de una tobera del hidrógeno, para obtener la información sobre la ubicación de las ondas expansivas y la región de combustión durante hipervelocidad. Aplicación de estos dos permisos nonintrusive de las técnicas únicos y visualización crucial del comportamiento del complejo que reacciona flowfields supersónicos del combustible. La intensidad de la Oh-fluorescencia se puede asociar a la fracción de espolón del OH. En las presiones de la combustión obtenidas en este trabajo, la señal de la fluorescencia se puede modelar abreviadamente como

donde estáOH X la fracción de espolón del OH y el ƒJ" es la fracción de Boltzmann de las moléculas del OH en el estado absorbente.

En esta transición determinada de la amortiguación - la transición 1(7) de Q bandas2+ del ← X2 Π de AΣ de las 1,0) (del OH, situadas en 283,31 nanómetro - el efecto de la temperatura hace solamente una pequeña parte en la interpretación de señal para las regiones que contienen el OH. La intensidad de la Fluorescencia, mientras tanto, se puede utilizar como indicador directo de la fracción de espolón del OH.

Cámara de los Instrumentos PI-MAX ICCD de Princeton Usada para el Experimento de OH-PLIF

Los investigadores de Stanford HTGL emplean un sistema intensificado PI-MAX de la Cámara CCD de los Instrumentos (ICCD) de Princeton para el experimento de OH-PLIF. Este sistema se adapta idealmente para la aplicación debido a su alto QE en la región de la inferior-longitud de onda (200 a 500 nanómetro) y bloquear rápido. Las velocidades que bloquean del reforzador del nanosegundo del sistema y la relación de transformación que bloquea con./desc. eficiente del 10:17 permiso que las imágenes débiles de la fluorescencia OH son distinguidas de los antecedentes fuertes de la llama de la combustión.

El rendimiento frecuencia-duplicado de un laser de tinte bombeado por un Nd pulsado: El laser de YAG crea la hoja requerida del laser. Para las transiciones de OHPLIF cerca de 283 nanómetro, el tinte de la Rhodamina 590 se utiliza con energías de pulso de cerca de 8 mJ. En la sección de la visión, la hoja del laser es aproximadamente 0,5 milímetros de grueso y 3 cm de par en par. La señal de la fluorescencia cerco a través de la misma ventana de la salida que la del sistema de Schlieren. Un espejo dicroico del cm de diámetro 5 se monta en 45 grados a la perpendicular del eje óptico a la ventana de la salida para separar las señales. El dicroico, que se diseña para la reflectividad del >99% entre 300 y 320 nanómetro, es transparente al haz de Schlieren. La Oh-fluorescencia, sin embargo, es reflejada y cerco por la cámara de PI-MAX.

Resultados del Experimento

Las visualizaciones de imagen de OH-PLIF las regiones que contienen las moléculas del OH. La evolución de la zona de la reacción está en el buen acuerdo con la posición de la tobera considerada con la proyección de imagen de Schlieren. Un nivel importante y uniforme de OH en el área de la recirculación lindada por la onda de la separación contracorriente desde el inyector es evidente. Un filamento fino a lo largo del borde exterior del penacho asociado a la región del encendido de la recirculación-zona sigue. Fomente río abajo, una disminución de la fluorescencia del OH es visible como la mezcla se despliega alrededor del flowfield de la tobera. Esta disminución podía ser debido a una temperatura más inferior de la local-mezcla o a la mezcla pobre del aire con el hidrógeno de la tobera.

a) Imagen de Schlieren

b) Imagen de OH-PLIF que muestra las regiones del encendido y de la combustión de la tobera en cruce de corrientes en de entalpia elevada

c) OH-PLIF e imágenes de Schlieren sobrepuestas

Imágenes Simultáneas de OH-PLIF y de Schlieren del hidrógeno inyectadas en un cruce de corrientes supersónico. Condiciones de Freestream: aire; número de Mach del asiento del quemador = 3,46; temperatura = 1300K; atmósfera del pressure= 0,32; velocidad = 2420 m/sec (Mach 10); tobera--freestream a la relación de transformación de flux = 1,4.

Las imágenes Horizontalmente iluminadas de OH-PLIF entonces se obtienen. Estas imágenes muestran fluorescencia del OH alrededor de la tobera, mientras que el centro del penacho no tiene ninguna formación del OH. La concentración del OH en el borde exterior de la tobera disminuye mientras que la tobera se mueve río abajo.

Cuadro 3: imágenes de la Parte-Vista OH-PLIF obtenidas en diversas alturas (y/d = diámetros de la tobera) encima de la placa de la inyección. Los puntos blancos en las imágenes indican el centro de la salida de la tobera.

Los experimentos de la proyección de imagen de OH-PLIF en las condiciones del Mach 13 muestran características similares de la combustión como ésas en el Mach 10. La naturaleza de pulsación de la región por aguas arriba de la recirculación se puede también considerar en condiciones del Mach 13.

Cuadro 4: Tres imágenes secuenciales instantáneas de la cara-vista OH-PLIF en el Mach 13 condicionan. Condiciones: oxígeno puro; número de Mach del asiento del quemador = 4,7; temperatura = 1300K; presión = 0,05 atmósferas; velocidad = 3300 m/sec (Mach 13).

Conclusiones

Los científicos de Stanford HTGL han podido generar con éxito altos flujos de la total-entalpía que simulaban condiciones del Mach 10 y del Mach 13. Las imágenes sobrepuestas de OH-PLIF y de Schlieren indican la capacidad llama-que sujeta de la tobera del hidrógeno en cruce de corrientes del aire en diferente tobera--freestream a relaciones de transformación de flux de impulso. Las imágenes de OH-PLIF, obtenidas con un sistema de la cámara de ICCD, permiso la visualización de la combustión que muestra fluorescencia del OH en la región de la recirculación aguas arriba de la tobera y a lo largo del borde exterior del penacho de la tobera. Estos resultados y las técnicas usadas para detectarlas contribuirán grandemente al revelado acertado de los sistemas de propulsión con gran consumo de aire hipersónicos futuros.

Fuente: Instrumentos de Princeton

Para más información sobre esta fuente visite por favor los Instrumentos de Princeton.

Date Added: Aug 25, 2010 | Updated: Oct 3, 2014

Last Update: 3. October 2014 14:04

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