Uno de los grandes desafíos en la ingeniería aeroespacial es el desarrollo de vehículos hipersónicos capaces de viajar a Mach 5 o superior, aproximadamente 4, 000 millas por hora o más rápido. Sin embargo, La combustión de combustible líquido a esas velocidades y condiciones atmosféricas no se comprende bien.

Buscando soluciones al comportamiento del flujo de fluidos supersónicos, investigadores de la Universidad de Tennessee – Knoxville, y la Fuerza Aérea de los EE. UU. están utilizando radiografía de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE). El equipo dice que una mejor comprensión de la dinámica de la pulverización conducirá a mejores diseños de inyectores de combustible para las industrias aeronáutica y automotriz, así como otras aplicaciones relacionadas con la pulverización que se utilizan en la agricultura. productos farmacéuticos y fabricación.

"En sistemas hipersónicos, cuando vuelas a decir, Mach 5, básicamente estás volando como 1, 000 metros por segundo, y el combustible debe rociarse en un flujo supersónico, que luego tiene menos de un milisegundo para quemar, ", dijo el profesor asociado de la Universidad de Texas, Zhili Zhang." Así que necesitamos una boquilla lo suficientemente eficiente para hacer esto; pero, Desafortunadamente, no existe una boquilla estándar ".

Usando la línea de luz de IMAGEN CG-1D en el Reactor de Isótopos de Alto Flujo de ORNL, los investigadores diseñaron un experimento utilizando diferentes configuraciones de boquillas para estudiar los patrones de flujo interior y exterior antes y justo después de que el aerosol se dispersa en la cámara de combustión.

Los neutrones son ideales para este tipo de investigación porque pueden ver a través de casi cualquier material de forma no destructiva y son sensibles a elementos ligeros como el hidrógeno y varios hidrocarburos utilizados en el combustible para aviones. Más específicamente, La radiografía de neutrones permitió al equipo mirar a través de las boquillas de metal y observar las densidades de los fluidos y los comportamientos del patrón de flujo para determinar cómo el combustible líquido podría fluir de manera más efectiva con diseños mejorados.

"Estamos interesados ​​en desarrollar una capacidad de instrumento que permita a las personas obtener datos sobre esos comportamientos. A partir de ahí, podremos saber cosas sobre la atomización y la temperatura y otros efectos relacionados con la eficiencia de la combustión". ", dijo Cary Smith, asistente de investigación graduado de la UT." Cuanto más podamos comprender científicamente esas cosas, mejor seremos capaces de diseñar boquillas eficientes para una mejor combustión ".

HFIR es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. UT-Battelle administra ORNL para la Oficina de Ciencias del DOE. La Oficina de Ciencias es el mayor patrocinador de la investigación básica en las ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo.