Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Estatal de Oregón han aprendido los mecanismos detrás de un medio de encendido mejorado, ayudando a abrir la puerta a un mejor rendimiento en sistemas de combustión que van desde motores de automóviles hasta propulsión a chorro.
Los hallazgos son importantes porque el encendido confiable es una pieza clave para el funcionamiento seguro y eficiente de todo tipo de sistema de combustión.
Apoyado por la Oficina de Investigación Naval y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, el estudio se basó en tratar de identificar por qué un enfoque de encendido mejorado aumentó la probabilidad de encendido de scramjets, un sistema de alta propulsión que evolucionó de la tecnología ramjetde la década de 1960. Scramjet es la abreviatura de ramjet de combustión supersónica.
Tanto los ramjets como los scramjets usan la velocidad supersónica de sus vehículos, mayor que la velocidad del sonido, 767 mph al nivel del mar, y la forma de la válvula de entrada para comprimir el aire antes de agregar combustible e ignición en una cámara de combustión.
En un ramjet, el aire comprimido se ralentiza a velocidades subsónicas dentro del motor, pero en un scramjet, no lo es. Eso le da a los vehículos propulsados por scramjet el potencial de alcanzar 20 veces la velocidad del sonido - o Mach 20 -- en comparación con la velocidad máxima de aproximadamente Mach 5 alcanzable con un ramjet.
Estudiando con el profesor asistente de ingeniería mecánica OSU David Blunck, el estudiante de doctorado Jonathan Bonebrake viajó a Dayton, Ohio, para trabajar con un grupo de investigación dirigido por Tim Ombrello del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los EE. UU.
Allí, Bonebrake usó una cámara infrarroja de alta velocidad para registrar los efectos de descargas de alta frecuencia pulsadas de nanosegundos en los núcleos de ignición, las bolas de gas caliente que se forman justo después del encendido pero antes del desarrollo de una llama que se propaga libremente.
Infrarrojo se refiere a la parte del espectro electromagnético donde las longitudes de onda son más largas que la luz visible pero más cortas que las microondas. El combustible en el estudio fue una mezcla de metano y aire.
Ya se sabía que las descargas de alta frecuencia pulsadas en nanosegundos, chispas que se producen con una frecuencia superior a 10 kilohercios, o más de 10,000 veces por segundo, condujeron a una mejor ignición.
"Pero, ¿por qué hubo una mayor ignición?", Dijo Blunck. "Hubo algunas teorías fuertes, pero nadie lo sabía con certeza".
Bonebrake y Blunck desarrollaron una "técnica de desconvolución inversa" para determinar la temperatura y el tamaño cambiantes de los núcleos de ignición basados en las imágenes infrarrojas y probaron la técnica con éxito contra experimentos realizados con un quemador McKenna, una herramienta estándar en estudios de combustión.
"Con nuestra cámara, podríamos medir la radiación y luego reducir las temperaturas de esas bolas de gas caliente a medida que crecían esos granos de llama", dijo Blunck. "Podríamos cuantificar las diferencias en las temperaturas de los granos".
"A medida que aumentamos el aumento de la frecuencia de las descargas de chispas, hubo más energía y más inflamabilidad", dijo. "Si las chispas estaban demasiado separadas, no podrían interactuar, pero cuando la frecuencia era mayor, la energíase depositó de manera más eficiente, lo que resultó en temperaturas más altas y mejor ignición ".
Bonebrake señaló que no solo el aumento de las frecuencias condujo a un aumento en las temperaturas del grano, sino también a un aumento en la rapidez con que crecieron las temperaturas del grano. La tasa de crecimiento del grano puede ser crucial para el éxito del encendido y la finalización de la combustión, ya que el grano en desarrollopuede verse afectado por cualquier movimiento de fluido que tenga lugar dentro del sistema de combustión.
"El grupo de Tim había observado lo que estaban haciendo las descargas de alta frecuencia pulsadas en nanosegundos, y pudimos explicar el 'por qué'", dijo Blunck. "Ahora hay un caso más sólido para madurar esa tecnología si eligen intentar hacerlo".ese."
Los resultados fueron publicados en Actas del Instituto de Combustión .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Oregón . Original escrito por Steve Lundeberg. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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