Hay muchos procesos, como la propulsión, en el cual fluido en estado supercrítico, cuando la temperatura y la presión sitúan una sustancia más allá de una fase líquida o gaseosa distinguible, se inyecta en un entorno de condiciones termodinámicas supercríticas. Bajo estas condiciones, Las dinámicas de mezcla e interacción no se comportan como lo harían en sus fases líquidas o gaseosas bien definidas.

Motores de cohetes, las turbinas de gas y los motores diesel experimentan condiciones en su cámara de combustión que exceden las condiciones críticas de su combustible, y los aerosoles supercríticos finamente atomizados se utilizan para recubrir tabletas en la producción de medicamentos. En ambos casos, comprender la dinámica precisa de cómo el fluido se rompe y se dispersa puede conducir a mejoras fundamentales en la forma en que se construyen dichos sistemas.

El estudio de la desintegración del jet se centra en particular en la desintegración y mezcla del combustible dentro de la cámara de combustión de los dispositivos de propulsión. Un equipo de investigadores de la Universidad de Florida aplicó técnicas de diagnóstico espectroscópico para aprender más sobre los fundamentos de la desintegración por chorro subcrítico y supercrítico. e informa sus nuevos hallazgos esta semana en la revista Física de fluidos .

"La técnica de Fluorescencia Inducida por Láser Planar (PLIF) y el proceso de corrección de los efectos de absorción es una herramienta exclusiva del Laboratorio de Propulsión y Combustión, "dijo Shaun DeSouza, investigador de la Universidad de Florida y autor principal de la publicación. "Este método proporciona datos cuantitativos para compararlos con los datos cualitativos producidos por la técnica del gráfico de sombras". Si bien muchas instituciones de investigación diferentes han realizado estudios de imágenes de chorros, hay datos de densidad cuantitativos limitados informados en estos estudios.

Para obtener esos datos cuantitativos, DeSouza y su colaborador realizaron 48 pruebas de chorros inyectados desde un solo orificio en una cámara con una de una gama de combinaciones de temperatura y presión subcríticas a supercríticas. Usaron un fluido llamado fluorocetona en estas pruebas debido a su baja temperatura y presión críticas, características que gobiernan el comportamiento supercrítico de interés, así como sus características espectrales distintivas muy adecuadas para la detección PLIF.

El estudio actual de chorros de un solo orificio inyectados en una cámara de temperaturas y presiones subcríticas a supercríticas se centró en el efecto de la relación de densidad entre la cámara y el inyectante en la desintegración del chorro con 48 pruebas realizadas en un amplio rango de relación de densidad. Para estas pruebas, Los investigadores usaron fluorocetona como fluido de trabajo porque tiene una temperatura y presión críticas comparativamente bajas y una fuerte absorción en el rango ultravioleta cercano, lo que lo convierte en una buena opción para la visualización de gráficos de sombras y PLIF.

Los resultados del estudio demostraron la precisión de PLIF, obtener imágenes de planos individuales del campo de flujo a través del centro del chorro, dando lugar a diferencias notables en el ángulo de extensión medido en comparación con la sombragrafía. A diferencia de la shadowgraphy, que imagina de manera integradora todo el jet, PLIF proporciona información de densidad más detallada que ilumina las características que la sombra no puede detectar.

Cada técnica de imagen ofrece ventajas complementarias, con PLIF que proporciona resultados de densidad cuantitativos y shadowgraphy que proporcionan una visualización de flujo muy detallada. Si bien los datos del gráfico de sombras coincidían con los estudios de visualización anteriores, los resultados de PLIF que proporcionaron una medición cuantitativa de la densidad del avión de reacción central y los gradientes de densidad ofrecieron resultados nuevos y diferentes.

Los resultados también revelaron tendencias clave para comprender y mejorar aplicaciones como la propulsión a chorro, como un aumento en el diámetro de gota normalizado y una disminución en la población de gotas a medida que aumentaban las temperaturas de la cámara. Según el trabajo, sin embargo, tanto el tamaño como la distribución de las gotas eran independientes de la presión de la cámara.

"El siguiente paso para esta línea de investigación es expandir las condiciones termodinámicas exploradas y mejorar el hardware de imágenes para obtener una mejor comprensión en una mayor variedad de condiciones, "dijo DeSouza.