Um dos grandes desafios da engenharia aeroespacial é o desenvolvimento de veículos hipersônicos capazes de viajar a Mach 5 ou acima - cerca de 4, 000 milhas por hora ou mais rápido. Contudo, a combustão de combustível líquido nessas velocidades e condições atmosféricas não é bem compreendida.

Em busca de soluções para o comportamento do fluxo de fluido supersônico, pesquisadores da University of Tennessee – Knoxville, e a Força Aérea dos Estados Unidos está usando radiografia de nêutrons no Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia (DOE). A equipe diz que uma melhor compreensão da dinâmica de pulverização levará a projetos de injetores de combustível aprimorados para as indústrias aeronáutica e automotiva, bem como outras aplicações relacionadas à pulverização usadas na agricultura, produtos farmacêuticos e manufatura.

"Em sistemas hipersônicos, quando você está voando em, dizer, Mach 5, você está voando basicamente como 1, 000 metros por segundo, e o combustível deve ser pulverizado em um fluxo supersônico, que então tem menos de um milissegundo para queimar, "disse o professor associado da UT Zhili Zhang." Portanto, precisamos de um bico eficiente o suficiente para fazer isso; mas, Infelizmente, não existe um bico padrão ".

Usando a linha de luz IMAGING CG-1D no Reator de Isótopo de Alto Fluxo de ORNL, os pesquisadores projetaram um experimento usando diferentes configurações de bicos para estudar os padrões de fluxo interno e externo antes e logo após o spray ser disperso na câmara de combustão.

Os nêutrons são ideais para esse tipo de pesquisa porque podem ver através de quase qualquer material de maneira não destrutiva e são sensíveis a elementos leves, como hidrogênio e vários hidrocarbonetos usados ​​no combustível de aviação. Mais especificamente, A radiografia de nêutrons permitiu que a equipe olhasse através dos bicos de metal e observasse as densidades do fluido e os comportamentos do padrão de fluxo para determinar como o combustível líquido poderia fluir de forma mais eficaz com designs aprimorados.

"Estamos interessados ​​em desenvolver uma capacidade de instrumento que permitirá às pessoas obter dados sobre esses comportamentos. A partir daí, poderemos saber coisas sobre atomização e temperatura e outros efeitos que lidam com a eficiência da combustão, "disse o assistente de pesquisa de pós-graduação da UT Cary Smith." Quanto mais podemos entender cientificamente essas coisas, melhor seremos capazes de projetar bicos eficientes para uma melhor combustão. "

HFIR é um DOE Office of Science User Facility. O UT-Battelle gerencia o ORNL para o Office of Science do DOE. O Office of Science é o maior patrocinador da pesquisa básica nas ciências físicas nos Estados Unidos e está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais urgentes de nosso tempo.