Пламя Isopar-M даёт более мелкие частицы сажи, чем Jet A-1, в лазерных измерениях на горелке
Авторы измерили сажу в турбулентных струйных пламенях Jet A-1 и модели Isopar-M на лабораторной горелке: у Isopar-M сигналы слабее, рост частиц ограничен.
Исследователи Brendan Gachot, Cornelia Irimiea, Renaud Jalain, Nicolas Fdida и Xavier Mercier сравнили образование сажи в турбулентных струйных пламенях керосина Jet A-1 и Isopar-M — лабораторной модели альтернативного авиационного топлива. Работа опубликована в Applied Physics B; в ней использованы три конфигурации лазерно-индуцированной инкандесценции (LII): с временным разрешением, планарная и спектральная. springer.com
Applied Physics Bspringer.comОткрыть источник ↗ По данным авторов, пламя Jet A-1 дало больше сажи и более долгий спад сигнала, а пламя Isopar-M — слабые сигналы.
Горелка и схема измерений
Оба пламени стабилизировали на лабораторной горелке при атмосферном давлении с помощью небулайзера. Расход топлива был 100 граммов в час, распыляли его 18 граммами азота в час, спутный воздух подавали в количестве 1500 граммов в час. Высота пламён составила около 270 миллиметров. Isopar-M служит лабораторным аналогом синтетического керосина alcohol-to-jet.
Для LII применили импульсный Nd:YAG-лазер на 532 нанометрах с плотностью энергии 80 миллиджоулей на квадратный сантиметр, ниже порога сублимации сажи. Усреднённые планарные изображения собрали из 2000 мгновенных кадров.
Размер частиц, распределение и филаменты
Время спада сигнала инкандесценции отражает размер первичных частиц: чем оно дольше, тем частицы крупнее. В пламени Jet A-1 время спада составило от 50 до 550 наносекунд и достигло максимума на высоте от 140 до 150 миллиметров над горелкой. В пламени Isopar-M оно держалось между 50 и 150 наносекундами, а осевой профиль был практически плоским; авторы трактуют это как ограниченный рост частиц. springer.com
Applied Physics Bspringer.comОткрыть источник ↗ Средняя интенсивность инкандесценции у Jet A-1 была примерно в три раза выше, чем у Isopar-M.
Планарные изображения тоже различались. У Jet A-1 виден чёткий максимум сигнала между 110 и 140 миллиметрами. У Isopar-M сигнал был ниже и однороднее, поэтому области, где преобладает образование или окисление сажи, выделить не удалось. Перемежаемость сажевых филаментов оценили статистическими метриками «кадр к кадру». Спектральные измерения выявили мешающую флуоресценцию и позволили оценить объёмную долю сажи в пламени Jet A-1.
Авторы заключают, что образование сажи в струйных пламенях сложно и для его описания нужны многомасштабные измерения с временным разрешением.
