프린스턴 인스 트루먼 트에서 강화 CCD 시스템을 사용 Hypervelocity 연소에 OH 부수의 평면 레이저 유도 형광 이미징

다루는 주제

확장 튜브와 영향을 충격 터널
스탠포드 대학에서 확장 튜브 시설
OH 부수는 충격 파도 위치 및 연소 지역을 구하는 방법
OH - PLIF 실험에 사용 프린스턴 인스 트루먼 트의 PI - MAX ICCD 카메라
실험 결과
결론

확장 튜브와 영향을 충격 터널

높은 마하 비행과 관련된 많은 enthalpies으로 인해 단 충동 시설이 적절하게 연소기 환경을 복제하는 데 필요한 전체 온도와 hypervelocity를 제공할 수 있습니다. 확장 튜브 및 반영 충격 터널 hypervelocity 테스트 실시 수있는 두 같은 충동 환경입니다. 확장 튜브는 덜 dissociated 화학 물질이 형성되는 장점뿐만 아니라, 점화 지연 및 반응 시간을 포함하여 연소 화학의보다 정확한 시뮬레이션을했습니다. 그러나, 확장 튜브 가능 시험 시간이 반영 충격 터널보다 짧은 있습니다.

미래 극초음속으로 공기 호흡 추진 시스템의 활용은 혼합, 효율적인 주사에 의존하며, 고속 연소실의 연소 처리합니다. 예를 들어, 에디 엔진이 프로세스는 마하 8을 초과하는 비행 속도에 최적화된해야합니다. 날짜 대부분의 연소 연구는이보다 훨씬 낮은 속도에 초점을했다.

스탠포드 대학에서 확장 튜브 시설

Drs의 hypervelocity 연소 연구. 아델라 벤 - Yakar와 로날드 K. 핸슨은 높은 온도 Gasdynamics 연구실 (HTGL)의 스탠포드 확장 튜브 시설에서 실시하고 있습니다. 이 시설은 마하 13 조건에 마하 10 복제 4-6 MJ / kgair을 포함하여 총 - 엔탈피 조건의 넓은 범위를 제공할 수있는 몇 가지 중 하나입니다.

확장 튜브 89 mm의 내경과 길이 12m이다. 드라이버, 구동 및 확장 : 그것은 세 부분으로 구성되어 있습니다. 드라이버 섹션은 가압 헬륨 가스로 가득이고 시험 가스로 가득 낮은 압력 중심의 섹션에서 더블 다이어프램로 구분됩니다. 실행이 증가 압력과 온도와 중간 속도를 제작, 시험 가스로 전파 충격파를 형성 diaphragms을 파열에 의해 시작됩니다. 충격 시험 가스 그런 다음 더 높은 정체 엔탈피 그것이 유래하는 충격 튜브 흐름보다 높은 효과 저수지 압력 모두, 확장 섹션으로 areaexpansion 프로세스에 의해 가속됩니다.

그림 1 : 다음 실험에 사용되는 스탠포드 확장 튜브 시설의 도식.

OH 부수는 충격 파도 위치 및 연소 지역을 구하는 방법

확장 튜브 벤 Yakar 수행 실험은 충격 파도의 위치와의 지역에 대한 정보를 얻을 수있는 수소 제트의 점화에 의해 형성 동시 Schlieren 이미징 및 OH 래디 칼의 평면 laserinduced 형광을 (OH - PLIF), 사용 hypervelocity 동안 연소. 이 두 nonintrusive 기술의 응용은 초음속 연료 flowfields을 반응 단지의 행동을 독특하고 중요한 시각화 수 있습니다. OH - 형광 강도는 OH 몰분율과 관련된 수 있습니다. 이 작품에서 얻어진 연소 압력에서 형광 신호는 간단히 같은 모델 수

X OH이 OH 몰분율과 ƒ의 J 어디에 "흡수 상태에서 OH 분자의 볼츠만 분율이다.

이 특정 흡수 변화에 중 - Q1 (7) 전환 2 Σ + ← 283.31 NM에있는 X 2 Π (1,0) OH의 밴드 - 온도의 영향은 지역에 대한 신호 해석에만 작은 부분을 담당 OH를 포함하는. 형광 강도는 한편, OH 몰분율의 직접적인 지표로 사용할 수 있습니다.

OH - PLIF 실험에 사용 프린스턴 인스 트루먼 트의 PI - MAX ICCD 카메라

스탠포드 HTGL 수사 연구소는 고용 프린스턴 인스 트루먼 트의 PI - MAX OH - PLIF 실험에 대한 심화 CCD (ICCD) 카메라 시스템. 이 시스템은 이상하기 때문에 낮은 파장 영역에서 높은 QE (200-500 nm의) 빠른 게이팅의 응용에 적합합니다. 시스템의 nanosecond의 강화제의 게이팅 속도 및 / 10 7 게이팅 비율 해제 효율 : 1 허가증 연소 불꽃의 강한 배경에서 구분할 수 약한 OH - 형광 이미지.

염료 레이저의 주파수 두배 출력 펄스로 펌핑 ND : YAG 레이저에 필요한 레이저 시트를 만듭니다. 283 NM 근처 OHPLIF 전환 들어, Rhodamine 590 염료는 약 8 MJ의 펄스 에너지와 함께 사용됩니다. 보기 섹션에서 레이저 시트는 약 0.5 - mm 두께와 폭 3 cm이다. 형광 신호는 Schlieren 시스템의 같은 출구 창문을 통해 수집됩니다. 5 cm 직경 이색성 거울이 신호를 분리 출구 창에 광학 축 직각으로 45도에 마운트됩니다. 300 320 nm의 사이에> 99 % 반사율을 위해 설계되었습니다 이색성은, Schlieren 빔에 투명합니다. OH - 형광 그러나, 반사와에 의해 수집된 PI - MAX의 카메라.

실험 결과

OH - PLIF 이미지는 OH 분자를 포함하는 영역을 표시합니다. 반응 영역의 진화는 Schlieren 이미징과 함께 본 제트 자세와 좋은 계약이다. 인젝터의 상류 분리 파에 의해 갇혀 재순환 영역에서 OH의 중요하고 균일한 수준은 분명합니다. 재순환 - 영역 점화 지역에 첨부된 깃털의 바깥쪽 가장자리를 따라 얇은 필라멘트은 다음과 같습니다. 혼합물은 제트 흐름 영역 주위 확장으로 추가 하류, OH의 형광의 감소가 표시됩니다. 이 감소는 제트의 수소와 공기의 혼합 지역 - 온도 또​​는 혼합 가난한 사람을 낮출으로 인해 수 있습니다.

A) Schlieren 이미지

높은 엔탈피에서 교차 흐름에서 제트의 점화 및 연소 영역을 보여주는 B) OH - PLIF 이미지

C) OH - PLIF과 Schlieren 이미지를 입혔다

수소의 동시 OH - PLIF과 Schlieren 이미지 초음속 교차 흐름에 주입했다. Freestream 조건 : 공기, 버너 항목 마하수 = 3.46; 온도 = 1300K, 압력 = 0.32 ATM; 속도 = 2천4백20m / 초 (마​​하 10), 제트 - 투 - freestream 흐름 비율 = 1.4.

가로 조명 OH - PLIF 이미지는 다음 얻을 수 있습니다. 깃털의 중앙이 아 형성이없는 반면이 이미지는 제트 주위 OH 형광을 보여줍니다. 제트기가 하류로 이동 제트의 바깥에있는 OH의 농도는 감소하게된다.

그림 3 : 사출 접시 위에 서로 다른 높이 (Y / D = 제트 지름)에서 획득 위에서 내려다 보는 OH - PLIF 이미지. 이미지에 하얀 점들은 제트 출구의 중심을 나타냅니다.

마하 13 조건에 OH - PLIF 영상 실험은 마하 10시 것과 같은 유사한 연소 특성을 보여줍니다. 상류 재순환 지역의 pulsating 자연도 마하 13 조건에서 볼 수 있습니다.

그림 4 : 마하 13 조건에 세 순간 연속 사이드보기 OH - PLIF 이미지. 조건 : 순수한 산소, 버너 항목 마하수 = 4.7; 온도 = 1300K, 압력 = 0.05 ATM; 속도 = 3천3백미터 / 초 (마​​하 13).

결론

스탠포드 HTGL 과학자는 성공적으로 마하 10 마하 13 조건을 시뮬레이션 높은 총 - 엔탈피 흐름을 생성할 수있게되었습니다. 중첩 OH - PLIF과 Schlieren 이미지는 다른 제트 - 투 - freestream 운동량 플럭스 비율에서 공기 교차 흐름에 수소 제트의 불꽃 - 유지 기능을 나타냅니다. ICCD 카메라 시스템으로 얻은 OH - PLIF 이미지, 비행기에서 상류 재순환 영역에서와 제트 깃털의 바깥쪽 가장자리 OH 형광을 보여줍니다 연소 시각화을 허용합니다. 이러한 결과와 그것을 획득하는 데 사용되는 기술은 미래 극초음속으로 airbreathing 추진 시스템의 성공적인 발전에 크게 기여할 것입니다.

출처 : 프린스턴 인 스트 루먼트

이 원본에 대한 자세한 내용은 방문하시기 바랍니다 프린스턴 악기 .

Date Added: Aug 25, 2010 | Updated: May 2, 2011

Last Update: 8. October 2011 11:18

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