Una delle grandi sfide dell'ingegneria aerospaziale è lo sviluppo di veicoli ipersonici in grado di viaggiare a Mach 5 o superiore a circa 4, 000 miglia all'ora o più velocemente. Però, la combustione del combustibile liquido a quelle velocità e condizioni atmosferiche non è ben compresa.

Alla ricerca di soluzioni al comportamento del flusso di fluido supersonico, ricercatori dell'Università del Tennessee-Knoxville, e la US Air Force stanno utilizzando la radiografia a neutroni presso l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Department of Energy (DOE). Il team afferma che una migliore comprensione delle dinamiche di spruzzatura porterà a migliori progetti di iniettori di carburante per l'industria aeronautica e automobilistica, nonché altre applicazioni relative allo spruzzo utilizzate in agricoltura, farmaceutico e manifatturiero.

"Nei sistemi ipersonici, quando stai volando a, dire, Mach 5, fondamentalmente stai volando come 1, 000 metri al secondo, e il carburante deve essere spruzzato in un flusso supersonico, che poi ha meno di un millisecondo da bruciare, " ha detto il Professore Associato UT Zhili Zhang. "Quindi abbiamo bisogno di un ugello abbastanza efficiente per fare questo; ma, Sfortunatamente, non esiste un ugello standard che esista."

Utilizzando la linea di luce IMAGING CG-1D presso il reattore isotopico ad alto flusso di ORNL, i ricercatori hanno progettato un esperimento utilizzando diverse configurazioni di ugelli per studiare i modelli di flusso interno ed esterno prima e subito dopo la dispersione dello spray nella camera di combustione.

I neutroni sono ideali per questo tipo di ricerca perché possono vedere attraverso quasi tutti i materiali in modo non distruttivo e sono sensibili agli elementi leggeri come l'idrogeno e vari idrocarburi utilizzati nel carburante degli aerei. Più specificamente, la radiografia a neutroni ha permesso al team di guardare attraverso gli ugelli metallici e osservare le densità del fluido e i comportamenti del modello di flusso per determinare come il combustibile liquido potrebbe fluire in modo più efficace con progetti migliorati.

"Siamo interessati a sviluppare una capacità dello strumento che consentirà alle persone di ottenere dati su tali comportamenti. Da lì saremo in grado di conoscere cose sull'atomizzazione e sulla temperatura e altri effetti che riguardano l'efficienza della combustione, " ha detto l'assistente di ricerca laureato UT Cary Smith. "Più possiamo capire scientificamente queste cose, meglio saremo in grado di progettare ugelli efficienti per una migliore combustione."

HFIR è una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. UT-Battelle gestisce ORNL per l'Office of Science del DOE. L'Office of Science è il più grande sostenitore della ricerca di base nelle scienze fisiche negli Stati Uniti e sta lavorando per affrontare alcune delle sfide più urgenti del nostro tempo.