Ứng dụng máy ảnh siêu quang phổ trong nghiên cứu atomization và đốt cháy nhiên liệu nanofluid dựa trên boron

I. Bối cảnh nghiên cứu và yêu cầu thử nghiệm

Trong lĩnh vực nghiên cứu hệ thống đẩy hàng không vũ trụ, nhiên liệu chất lỏng nano năng lượng cao dựa trên boron, như một loại nhiên liệu mật độ năng lượng cao mới, đã nhận được sự chú ý rộng rãi vì đặc tính nguyên tử hóa và đốt cháy của chúng. Trong nghiên cứu đặc tính bốc cháy và cháy của nhiên liệu chất lỏng nano B/JP-10, nhóm nghiên cứu cần kiểm tra phổ phát xạ đặc trưng không gian của ngọn lửa đốt nguyên tử hóa nhiên liệu.

Các phương pháp kiểm tra quang phổ truyền thống gặp khó khăn trong việc thu được thông tin quang phổ ở các vị trí khác nhau của ngọn lửa, trong khi máy ảnh siêu phổ có thể thu được đồng thời thông tin không gian và quang phổ của mục tiêu, đáp ứng yêu cầu nghiên cứu về phân tích phân bố không gian của các thành phần ngọn lửa. Nhóm nghiên cứu đã chọn máy ảnh siêu phổ hình ảnh FS-22 do CHNSpec Technology Co., Ltd. sản xuất để kiểm tra một cách có hệ thống phổ bức xạ không gian của ngọn lửa nguyên tử hóa nhiên liệu.

II. Phương pháp thử nghiệm và lựa chọn quang phổ

Trong quá trình nghiên cứu, máy ảnh siêu phổ hình ảnh FS-22 đã được sử dụng kết hợp với hệ thống thử nghiệm quá trình đốt cháy nguyên tử hóa nhiên liệu chất lỏng nano. Hệ thống thử nghiệm này chủ yếu bao gồm hệ thống cấp mẫu, vòi phun nguyên tử, hệ thống thử nghiệm và hệ thống lấy mẫu. Một vòi phun nguyên tử hóa không khí được sử dụng để nguyên tử hóa nhiên liệu chất lỏng nano gốc boron và hồ quang plasma được sử dụng để đốt cháy tia phun nguyên tử của mẫu.

Máy ảnh siêu phổ được sử dụng để thu thập dữ liệu phổ bức xạ không gian của ngọn lửa nguyên tử hóa nhiên liệu. Dựa trên quang phổ đặc trưng của quá trình đốt cháy nguyên tố boron và nhiên liệu hydrocarbon, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn hai dải bức xạ cụ thể để phân tích:

1. 431 nm (dải màu xanh):tương ứng với bức xạ của gốc CH, dùng để mô tả phản ứng cháy của nhiên liệu hydrocarbon JP-10.

2. 581 nm (dải màu xanh lá cây):tương ứng với bức xạ của gốc BO₂, dùng để mô tả phản ứng đốt cháy của các hạt boron.

Hình 7.11 Mật độ bức xạ 10 wt% B/JP-10 Nhiên liệu chất lỏng nano ở bước sóng 431 nm và 581 nm

Bằng cách thực hiện phân tích hình ảnh về sự phân bố không gian của cường độ bức xạ trong hai dải đặc trưng này, các nhà nghiên cứu có thể phân biệt các loại phản ứng chiếm ưu thế ở các vị trí khác nhau trong ngọn lửa nguyên tử hóa.

III. Kết quả và phân tích thí nghiệm

Phân tích quang phổ của vị trí trung tâm trục

Dữ liệu hình ảnh thu được từ camera siêu phổ cho thấy bức xạ quang phổ ở tâm trục của ngọn đuốc nguyên tử thể hiện các kiểu biến đổi rõ ràng. Các đường cong quang phổ ở Vị trí 1 và Vị trí 2 chứa các "đỉnh năm ngón tay" đặc trưng của quá trình đốt cháy boron và cường độ bức xạ tăng theo khoảng cách từ vòi phun, cho thấy phản ứng đốt cháy boron tồn tại ở trung tâm của ngọn đuốc nguyên tử từ vòi đến Vị trí 2 và tăng dần theo chuyển động của các hạt boron. Từ Vị trí 3 đến Vị trí 5, các đỉnh đặc trưng của boron ở tâm ngọn lửa nguyên tử hóa biến mất, cho thấy không có phản ứng hóa học đáng kể nào của các hạt boron xảy ra trong phần này.

Phân tích quang phổ của các vị trí xuyên tâm

Lấy Vị trí 4, nơi cường độ bức xạ trung tâm trục cao nhất làm trung tâm, một phân tích so sánh về bức xạ quang phổ ở các vị trí xuyên tâm khác nhau cho thấy: các đỉnh đặc trưng của bức xạ boron tồn tại ở cả cạnh trên và dưới của ngọn đuốc nguyên tử, nhưng cường độ bức xạ tổng thể ở cạnh trên cao hơn một chút so với cạnh dưới. Điều này là do hơi JP-10 di chuyển lên trên dưới tác động của lực nổi, dẫn đến lượng JP-10 tham gia phản ứng ở phần trên của ngọn đuốc lớn hơn. Đồng thời, tồn tại các đỉnh đặc trưng bức xạ bo riêng biệt ở mép dưới, phù hợp với đặc điểm boron di chuyển xuống dưới dưới tác dụng của trọng lực.

Phòng đốt cháy

Dựa trên dữ liệu bức xạ quang phổ không gian mà camera siêu phổ thu được và kết hợp với hình ảnh đốt cháy nguyên tử hóa nhiên liệu, nhóm nghiên cứu đã chia tâm ngọn lửa nguyên tử hóa nhiên liệu nano B/JP-10 dọc theo hướng trục của vòi phun thành bốn vùng đốt: Vùng đốt kết hợp B/JP-10 (phần đầu ra), vùng đốt một pha JP-10 (phần đốt ổn định), vùng đốt kết hợp B/JP-10 (phần ngọn lửa đuôi) và vùng đốt một pha boron. Sự phân chia khu vực này cung cấp cơ sở để hiểu sâu hơn về cơ chế đốt cháy nguyên tử hóa nhiên liệu.

IV. Tóm tắt trường hợp

Ứng dụng của máy ảnh siêu phổ CHNSpec FigSpec FS-22 trong nghiên cứu và phát triển nhiên liệu chất lỏng nano năng lượng cao dựa trên boron đã đạt được sự thu thập tích hợp thông tin không gian và quang phổ trong quá trình đốt cháy, giải quyết điểm yếu mà các phương pháp phát hiện truyền thống gặp khó khăn trong việc bao phủ toàn bộ trường ngọn lửa và không thể đồng thời thu được sự phân bố thành phần. Hiệu suất hình ảnh ổn định và khả năng phân giải quang phổ tốt của nó cung cấp phương tiện phát hiện đáng tin cậy để tối ưu hóa công thức nhiên liệu năng lượng cao, nghiên cứu cơ chế đốt và thiết lập mô hình đốt, hỗ trợ các đột phá kỹ thuật cho các loại nhiên liệu đẩy hàng không vũ trụ mới.

Khuyến nghị sản phẩm:Camera siêu phổ hình ảnh FigSpec FS-22

• Độ phân giải hình ảnh: 1920*1920
• Dải quang phổ: 400-1000nm
• Độ phân giải quang phổ (FWHM): 5nm
• Số lượng kênh quang phổ: 600