ボロン基ナノ流体燃料の原子化と燃焼の研究におけるハイパースペクトラルカメラの応用

I. 研究の背景とテスト要件

航空宇宙推進システムの研究分野では、ホウ素ベースの高エネルギーナノ流体燃料は、新しいタイプの高エネルギー密度燃料として、その霧化特性と燃焼特性から広く注目を集めています。 B/JP-10 ナノ流体燃料の点火および燃焼特性の研究において、研究チームは燃料噴霧燃焼火炎の空間特性発光スペクトルをテストする必要がありました。

従来のスペクトル試験方法では、火炎のさまざまな位置のスペクトル情報を取得するのが困難でしたが、イメージングハイパースペクトルカメラはターゲットの空間情報とスペクトル情報を同時に取得できるため、火炎成分の空間分布分析の研究要件を満たします。研究チームは、燃料噴霧火炎の空間放射スペクトルを体系的にテストするために、CHNSpec Technology Co., Ltd. 製の FS-22 イメージング ハイパースペクトル カメラを選択しました。

II.試験方法とスペクトルの選択

研究プロセスでは、FS-22 イメージング ハイパースペクトル カメラがナノ流体燃料噴霧燃焼試験システムと組み合わせて使用​​されました。この試験システムは主に、サンプル供給システム、霧化ノズル、試験システム、サンプリングシステムで構成されています。空気噴霧ノズルを使用してホウ素ベースのナノ流体燃料を噴霧し、プラズマ アークを使用してサンプルの噴霧ジェットを点火します。

ハイパースペクトル カメラは、燃料噴霧火炎の空間放射スペクトル データを収集するために使用されました。ホウ素元素と炭化水素燃料の燃焼の典型的な特性スペクトルに基づいて、研究チームは分析のために 2 つの特定の放射線バンドを選択しました。

1. 431 nm (青色バンド):炭化水素燃料 JP-10 の燃焼反応を特徴付けるために使用される CH ラジカルの放射に対応します。

2. 581 nm (緑色のバンド):は、ホウ素粒子の燃焼反応を特徴付けるために使用される BO2 ラジカルの放射に対応します。

図 7.11 10 wt% B/JP-10 ナノ流体燃料の 431 nm および 581 nm における放射密度

これら 2 つの特徴的なバンドの放射線強度の空間分布に対して画像解析を実行することにより、研究者は噴霧火炎内のさまざまな位置での主要な反応タイプを区別できます。

Ⅲ．実験結果と分析

軸中心位置のスペクトル解析

ハイパースペクトル カメラによって取得された画像データは、霧化トーチの軸中心のスペクトル放射が明らかな変化パターンを示していることを示しています。位置 1 と位置 2 のスペクトル曲線には、ホウ素燃焼の特徴的な「ファイブフィンガー ピーク」が含まれており、放射強度はノズルからの距離とともに増加します。これは、ホウ素燃焼反応がノズルから位置 2 までの噴霧トーチの中心に存在し、ホウ素粒子の移動に伴って徐々に強化されることを示しています。位置 3 から位置 5 では、噴霧火炎の中心にあるホウ素特性のピークが消え、このセクションではホウ素粒子の重大な化学反応が発生していないことを示しています。

半径位置のスペクトル分析

軸中心放射強度が最も高い位置 4 を中心として、異なる半径位置でのスペクトル放射を比較分析したところ、ボロン放射特性のピークは噴霧トーチの上端と下端の両方に存在しますが、全体の放射強度は上端の方が下端の放射強度よりわずかに高いことがわかりました。これは、JP-10 蒸気が浮力の影響で上方に移動し、トーチ上部での反応に参加する JP-10 の量が多くなるためです。同時に、明確なホウ素放射特性ピークが下端に存在し、これは重力の影響下で下方に移動するホウ素の特性と一致します。

燃焼ゾーン部門

研究チームは、ハイパースペクトルカメラで取得した空間スペクトル放射データと燃料微粒化燃焼画像を組み合わせて、B/JP-10ナノ流体燃料微粒化火炎の中心をノズル軸方向に沿ってB/JP-10連成燃焼帯（出口部）、JP-10単相燃焼帯（安定燃焼部）、B/JP-10連成燃焼帯（尾火部）、ホウ素の4つの燃焼帯に分割した。単相燃焼ゾーン。この地域区分は、燃料霧化燃焼メカニズムをさらに理解するための基礎を提供します。

IV.事例の概要

ホウ素ベースの高エネルギーナノ流体燃料の研究開発における CHNSpec FigSpec FS-22 ハイパースペクトル カメラの応用により、燃焼プロセス中の空間情報とスペクトル情報の統合収集が達成され、従来の検出方法では火炎場全体をカバーするのに苦労し、同時に成分分布を取得できないという問題点が解決されました。その安定したイメージング性能と優れたスペクトル分解能は、高エネルギー燃料配合の最適化、燃焼メカニズムの研究、燃焼モデルの確立のための信頼できる検出手段を提供し、新しいタイプの航空宇宙推進燃料の技術的ブレークスルーを支援します。

製品の推奨:FigSpec FS-22 イメージング ハイパースペクトル カメラ

• 画像解像度: 1920*1920
• スペクトル範囲: 400-1000nm
• スペクトル分解能 (FWHM): 5nm
• スペクトルチャンネル数: 600