تطبيق الكاميرات فائقة الطيف في دراسة الانحلال والاحتراق للوقود النانوي المعتمد على البورون

I. خلفية البحث ومتطلبات الاختبار

في مجال أبحاث أنظمة الدفع الجوي الفضائي، الوقود النانوي السائل عالي الطاقة القائم على البورون، كنوع جديد من الوقود عالي الكثافة الطاقة،وقد حظيت باهتمام واسع لخصائصها في التفجير والاحتراقفي دراسة خصائص الإشعال والاحتراق للوقود النانوي السائل B/JP-10،فريق البحث كان بحاجة لاختبار طيف الانبعاثات المميزة في المكان من شعلة احتراق الوقود.

طرق الاختبار الطيفية التقليدية تكافح للحصول على معلومات الطيفية في مواقع مختلفة من اللهب،حيث يمكن للكاميرات الفائقة الطيفية تصوير المعلومات المكانية والطيفية من الهدف في وقت واحد، تلبية متطلبات البحث لتحليل التوزيع المكاني لمكونات اللهب. اختار فريق البحث الكاميرا الفائقة الطيفية FS-22 التصوير التي تنتجها CHNSpec تكنولوجيا الشركة المحدودة.للاختبار المنهجي لطيفات الإشعاع المكاني لليلة تفجير الوقود.

II. أساليب الاختبار واختيار الطيف

خلال عملية البحث، تم استخدام الكاميرا الفائقة الطيفية FS-22 للتصوير جنبا إلى جنب مع نظام اختبار احتراق الذخيرة الوقود النانو السائل.يتكون نظام الاختبار هذا أساسا من نظام تغذية العينة، فوهة تفجير، نظام اختبار، ونظام أخذ عينات. يتم استخدام فوهة تفجير الهواء لتفجير الوقود النانوي السائل القائم على البورون،ويستخدم قوس البلازما لإشعال الطائرة المتفجرة للعينة.

تم استخدام الكاميرا الفائقة الطيفية لجمع البيانات الطيفية للإشعاع المكاني لليلة تفجير الوقود.بناءً على الطيف المميز للطاقة الناتجة عن احتراق عنصر البور والوقود الهيدروكربوني، اختار فريق البحث شريحتين خاصتين للإشعاع لتحليلهما:

1. 431 nm (الشريط الأزرق):يتوافق مع إشعاع جذور CH ، المستخدمة لوصف تفاعل احتراق وقود الهيدروكربون JP-10.

2. 581 nm (الشريط الأخضر):يتوافق مع إشعاع جذور BO2 ، المستخدمة لوصف تفاعل احتراق جزيئات البور.

الشكل 7.11 الكثافة الإشعاعية لـ 10 wt% B/JP-10 الوقود النانوي السائل عند 431 nm و 581 nm

من خلال إجراء تحليل التصوير على التوزيع المكاني لمدى الإشعاع في هذين النطاقين المميزينيمكن للباحثين التمييز بين أنواع التفاعل المهيمنة في مواقع مختلفة داخل اللهب المتفجرة.

III. نتائج التجارب وتحليلها

تحليل الطيفي لموقف مركز المحور

بيانات الصورة التي تم الحصول عليها بواسطة الكاميرا الفائقة الطيفية تظهر أن الإشعاع الطيفي في المركز المحوري من الشعلة المتفجرة تظهر أنماط الاختلاف الواضحة.المنحنيات الطيفية في الموقع 1 والموقع 2 تحتوي على "أقصى الخمس أصابع" المميزة لحرق البورون، وتزداد كثافة الإشعاع مع المسافة من الفوهة،مما يشير إلى أن تفاعل احتراق البورون موجود في مركز الشعلة المتفجرة من الفوهة إلى الموقف 2 ويزداد تدريجيا مع حركة جزيئات البورونمن الموقف الثالث إلى الموقف الخامس، تختفي قمم بور في مركز اللهب المتفجرة،تشير إلى عدم حدوث أي تفاعل كيميائي كبير لجزيئات البورون في هذا القسم.

تحليل الطيفي للمواقع الشعاعية

أخذ الموقف 4، حيث تكون كثافة الإشعاع في مركز المحور أعلى، كمركز، كشف تحليل مقارن للإشعاع الطيفي في مواقع شعاعية مختلفة:هناك قمم خاصة بإشعاع البورون في الحواف العليا والسفلية من الشعلة المتفجرة، ولكن كثافة الإشعاع الكلية في الحافة العلوية أعلى قليلا من تلك في الحافة السفلية. هذا لأن بخار JP-10 يتحرك صعودا تحت تأثير الطفو،مما يؤدي إلى كمية أكبر من JP-10 المشاركة في التفاعل في الجزء العلوي من الشعلةفي الوقت نفسه، هناك قمم مميزة للإشعاع البوروني موجودة في الحافة السفلية، وهو ما يتفق مع خصائص البورون الذي يتحرك لأسفل تحت تأثير الجاذبية.

تقسيم منطقة الاحتراق

بناءً على بيانات الإشعاع الطيفي المكاني التي تم الحصول عليها بواسطة الكاميرا الفائقة الطيفيةقام فريق البحث بتقسيم مركز شعلة تفجير الوقود النانوي B/JP-10 على طول الاتجاه المحوري للمفجرة إلى أربع مناطق احتراق: منطقة الاحتراق المرتبطة B/JP-10 (قسم المخرج) ، منطقة الاحتراق أحادي المرحلة JP-10 (قسم الاحتراق المستقر) ، منطقة الاحتراق المرتبطة B/JP-10 (قسم اللهب الخلفي) ،و منطقة احتراق بورون أحادي المرحلةهذا التقسيم الإقليمي يوفر أساسًا لمزيد من الفهم لآلية احتراق الذرة.

IV. ملخص القضية

The application of the CHNSpec FigSpec FS-22 hyperspectral camera in the research and development of boron-based high-energy nanofluid fuels has achieved the integrated collection of spatial and spectral information during the combustion process، حل نقطة الألم حيث تقاوم طرق الكشف التقليدية لتغطية مجال اللهب بأكمله ولا يمكن الحصول على توزيعات المكونات في وقت واحد.أداء التصوير المستقر وقدرات دقة الدقة الطيفية توفر وسيلة الكشف موثوقة لتحسين صيغة الوقود عالية الطاقة، أبحاث آليات الاحتراق، وإنشاء نموذج الاحتراق، مما يساعد في الاختراقات التقنية لأنواع جديدة من وقود الدفع الجوي.

توصية المنتج:كاميرا فائقة الطيف لتحقيق الصور من نوع FigSpec FS-22

• دقة الصورة: 1920*1920
• النطاق الطيفي: 400-1000nm
• دقة الطيف (FWHM): 5nm
• عدد القنوات الطيفية: 600