研究人员使用了一种新型的近红外(NIR)光成像技术，首次捕获了商用喷气发动机排气羽流中二氧化碳的横截面图像。这项新技术可以帮助加速涡轮燃烧研究，旨在开发更环保的发动机和航空燃料。
来自斯特拉斯克莱德大学的研究小组负责人迈克尔·伦登说:“这种方法，我们称之为化学物种断层扫描，为大型商用发动机的二氧化碳排放提供了实时的空间解析信息。”“在这种工业规模下，这些信息是前所未有的，与目前的行业标准排放测量相比，这是一个很大的改进，目前的行业标准排放测量涉及将废气中的气体输送到不同位置的气体分析仪系统。”
化学物种断层扫描的工作原理与医学中使用的基于x射线的CT扫描非常相似，不同之处在于，它使用的是调谐到目标分子吸收波长的近红外激光，并且需要非常快的成像速度来捕捉燃烧的动态过程。
伦登说:“航空业是全球二氧化碳排放的主要贡献者，因此有必要从根本上改进涡轮机和燃料技术。”“通过提供完全有效的排放测量，我们的新方法可以帮助该行业开发新技术，减少航空对环境的影响。”
到目前为止，还不可能在装有大型飞机发动机的试验台上对涡轮燃烧进行成像。为了解决这个问题，英国的四个仪器研究小组聚集在一起，将他们在恶劣环境下气体物种测量，化学物种断层扫描和光源开发方面的知识结合起来。这些团队与工业伙伴合作开发可用于工业研究和开发的技术。
“这些团队看到了为航空航天工业开发世界领先仪器的机会，并了解大型发动机的排放和性能改进，”Lengden说。“通过化学物种断层扫描，我们现在可以开始‘看到’真正生产的飞机发动机燃烧的化学细节。”
研究人员使用他们的新化学物种断层扫描装置捕获了商用飞机发动机排放的二氧化碳的第一张图像。在所有推力水平上，在发动机的中心区域都可以看到高浓度二氧化碳的环状结构。Credit: Abhishek Upadhyay, University of Strathclyde
经过多年对信噪比、数据采集方法、成像技术和光源的微调，研究人员创造了第一个能够在商用飞机发动机上大规模获取工业排放测量的设备。为了进行化学物质层析成像，126束近红外激光以不干扰气体流动的方式从四面八方照射气体。要想充分捕捉商用飞机发动机的废气，需要对直径达1.8米的区域进行成像。为了捕捉到这一点，成像组件被安装在距离发动机出口喷嘴仅3米的直径7米的框架上。研究人员使用126束光束，在发动机排气的中心区域实现了约60毫米的空间分辨率。
Lengden说:“我们使用的非常精细的测量方法要求对二氧化碳光谱和提供非常精确数据的电子系统有精湛的知识。”半岛综合体育官方APP下载德甲“此外，必须开发一种非常复杂的数学方法，根据我们使用的126种不同光束的测量吸收来计算每种化学物质的图像。”
研究人员使用这种大规模装置对现代劳斯莱斯特伦特燃气发动机涡轮燃烧产生的二氧化碳进行化学物种断层扫描。这些发动机通常用于长途飞机，并包含一个燃烧室，其中有18个喷油器排成一个圆圈。在测试中，研究人员以1.25 Hz和0.3125 Hz的帧率记录了发动机在全推力范围内运行时的数据。由此产生的图像显示，在所有推力水平下，发动机中心区域都存在高浓度二氧化碳的环状结构。在烟羽的中间也有一个凸起的区域，这可能是由于发动机的形状。
研究人员现在正致力于改造新仪器，使其能够对航空航天和工业发电领域涡轮燃烧产生的其他化学物质进行定量测量和成像，并捕获温度图像。这将使工程师和科学家开发新的涡轮机和燃料，以更好地了解当前和未来技术的燃烧过程。
