Các nhà nghiên cứu chụp những hình ảnh đầu tiên về lượng khí thải carbon dioxide từ động cơ máy bay thương mại

Các nhà nghiên cứu chụp những hình ảnh đầu tiên về lượng khí thải carbon dioxide từ động cơ máy bay thương mại

    Các nhà nghiên cứu chụp những hình ảnh đầu tiên về lượng khí thải carbon dioxide từ động cơ máy bay thương mại

    Researchers capture first images of carbon dioxide emissions from commercial aircraft engine

    Các nhà nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật gọi là chụp cắt lớp các loài hóa học có thể chụp lại khí thải carbon dioxide từ động cơ máy bay thương mại. Để hình ảnh một khu vực rộng lớn như vậy, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một khung lắp quang học đường kính 7 m (màu đỏ) nằm cách vòi thoát ra của động cơ chỉ 3 m. Cơ sở thử nghiệm là tại Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial (INTA) ở Madrid. Nhà cung cấp hình ảnh: Gordon Humphries, Đại học Strathclyde


    Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật chụp ảnh ánh sáng cận hồng ngoại mới để ghi lại những hình ảnh mặt cắt ngang đầu tiên của carbon dioxide trong ống xả của một động cơ phản lực thương mại. Công nghệ hiện đại mới này có thể giúp đẩy nhanh quá trình nghiên cứu quá trình đốt cháy tuabin nhằm phát triển động cơ và nhiên liệu hàng không thân thiện với môi trường hơn.

    Trưởng nhóm nghiên cứu Michael Lengden từ Đại học Strathclyde ở Vương quốc Anh cho biết: “Phương pháp này, chúng tôi gọi là phương pháp chụp cắt lớp hóa học, cung cấp thông tin không gian được giải quyết trong thời gian thực về lượng khí thải carbon dioxide từ một động cơ thương mại quy mô lớn”. đã có trước đây ở quy mô công nghiệp này và là một cải tiến lớn so với phép đo khí thải tiêu chuẩn ngành hiện tại, bao gồm việc lấy khí từ khí thải đến hệ thống phân tích khí ở một vị trí khác. "

    Các nhà nghiên cứu báo cáo nghiên cứu mới trong Quang học Ứng dụng. Chụp cắt lớp hóa học hoạt động giống như chụp CT dựa trên tia X được sử dụng trong y học, ngoại trừ việc nó sử dụng ánh sáng laser cận hồng ngoại được điều chỉnh theo bước sóng hấp thụ của phân tử mục tiêu và yêu cầu tốc độ hình ảnh rất nhanh để nắm bắt các quá trình động của quá trình đốt cháy.

    Lengden nói: “Ngành công nghiệp hàng không là một ngành đóng góp lớn vào lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu, do đó, cần phải cải tiến triệt để các công nghệ tuabin và nhiên liệu. "Bằng cách cung cấp các phép đo khí thải đã được xác thực đầy đủ, phương pháp mới của chúng tôi có thể giúp ngành phát triển công nghệ mới làm giảm tác động môi trường của ngành hàng không."

    Hình ảnh khí thải từ động cơ máy bay

    Cho đến nay, người ta không thể hình ảnh được quá trình đốt cháy tuabin trên các giàn thử có chứa một động cơ máy bay lớn. Để giải quyết vấn đề này, bốn nhóm nghiên cứu thiết bị đo đạc ở Vương quốc Anh đã cùng nhau kết hợp kiến ​​thức của họ trong việc đo các loài khí trong môi trường khắc nghiệt, chụp cắt lớp các loài hóa học và phát triển nguồn quang học. Các nhóm này đã làm việc với các đối tác công nghiệp để phát triển công nghệ thiết thực cho nghiên cứu và phát triển công nghiệp

    Lengden cho biết: “Các nhóm đã nhìn thấy cơ hội để phát triển thiết bị đo đạc hàng đầu thế giới cho ngành hàng không vũ trụ, đồng thời hiểu được sự cải thiện về khí thải và hiệu suất từ ​​các động cơ quy mô lớn. "Với phương pháp chụp cắt lớp các loài hóa học, giờ đây chúng ta có thể bắt đầu 'nhìn thấy' chi tiết hóa học của quá trình đốt cháy trong động cơ máy bay sản xuất thực tế."

    Researchers capture first images of carbon dioxide emissions from commercial aircraft engine
    Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thiết lập chụp cắt lớp các loài hóa học mới của họ để chụp những hình ảnh đầu tiên về khí thải carbon dioxide từ động cơ máy bay thương mại. Ở tất cả các mức lực đẩy, có thể thấy cấu trúc vòng có nồng độ carbon dioxide cao ở vùng trung tâm của động cơ. Nhà cung cấp hình ảnh: Abhishek Upadhyay, Đại học Strathclyde


    Sau nhiều năm làm việc để tinh chỉnh tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, phương pháp thu thập dữ liệu, kỹ thuật hình ảnh và nguồn quang học, các nhà nghiên cứu đã tạo ra cơ sở đầu tiên có khả năng thu thập các phép đo phát thải công nghiệp ở quy mô lớn của động cơ máy bay thương mại.

    Để thực hiện chụp cắt lớp các loài hóa học, 126 chùm ánh sáng laser cận hồng ngoại được chiếu qua chất khí từ tất cả các bên ở nhiều góc độ theo cách không làm xáo trộn dòng khí. Chụp đủ khí thải từ động cơ máy bay thương mại yêu cầu chụp ảnh một khu vực có đường kính lên đến 1,8 m. Để ghi lại điều này, các thành phần hình ảnh đã được gắn trên một khung đường kính 7 m nằm cách vòi thoát ra của động cơ chỉ 3 m. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng 126 chùm tia quang học để đạt được độ phân giải không gian khoảng 60 mm ở vùng trung tâm của ống xả động cơ.

    Lengden cho biết: “Phương pháp đo lường rất tinh vi mà chúng tôi sử dụng đòi hỏi kiến ​​thức tinh tế về quang phổ carbon dioxide và các hệ thống điện tử cung cấp dữ liệu rất chính xác. "Ngoài ra, một phương pháp toán học rất phức tạp đã phải được phát triển để tính toán hình ảnh từng loài hóa học từ độ hấp thụ đo được của 126 chùm tia khác nhau mà chúng tôi đã sử dụng."

    Ghi lại quá trình đốt cháy trên quy mô lớn

    Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thiết lập quy mô lớn này để thực hiện chụp cắt lớp các loài hóa học của carbon dioxide được tạo ra bởi quá trình đốt cháy trong tuabin động cơ khí Rolls-Royce Trent hiện đại. Những động cơ này thường được sử dụng trên máy bay đường dài và chứa một bộ đốt với 18 kim phun nhiên liệu được sắp xếp theo hình tròn. Đối với các thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã ghi lại dữ liệu ở tốc độ khung hình 1,25 Hz và 0,3125 Hz trong khi động cơ hoạt động trên toàn bộ dải lực đẩy.

    Các hình ảnh thu được cho thấy rằng, ở tất cả các mức lực đẩy, cấu trúc vòng nồng độ carbon dioxide cao hiện diện ở vùng trung tâm của động cơ. Cũng có một vùng nhô lên ở giữa chùm lông, có thể là do hình dạng của động cơ.

    Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để điều chỉnh công cụ mới để cho phép đo lường định lượng và hình ảnh các hóa chất khác được tạo ra từ quá trình đốt cháy tuabin trong cả lĩnh vực phát điện công nghiệp và hàng không, đồng thời ghi lại hình ảnh về nhiệt độ. Điều này sẽ cho phép các kỹ sư và nhà khoa học phát triển tua-bin và nhiên liệu mới hiểu rõ hơn về quá trình đốt cháy cho các công nghệ hiện tại và tương lai.

    Zalo
    Hotline