제트 엔진이 너무 뜨겁습니까? MRI 예약

장기와 연조직을 촬영하는 데 사용되는 의료 영상 기술인 자기공명영상(MRI)이 제트 엔진의 효율성을 높이는 열쇠가 될 수 있다고 박사 학위를 취득한 Michael Benson 중령이 말했습니다. 스탠포드 대학교 기계공학과 학생

MRI는 불과 몇 시간 만에 2년 이상의 집중적인 측정이 필요한 기존의 방법만큼 흐름 및 혼합에 대한 3차원 데이터를 수집합니다. 이를 통해 효율성과 성능을 개선하고 에너지 절약을 약속하는 새로운 디자인을 개발하고 테스트하는 데 필요한 시간을 단축할 수 있습니다.

Benson은 제트 엔진 효율성을 개선하기 위해 MRI를 사용하고 있습니다. 그는 11월 17일 캘리포니아 롱비치에서 열린 American Physical Society Division of Fluid Dynamics(DFD) 회의에서 설명했습니다. 이 기술은 또한 연소에서 다음과 같은 유체 혼합 문제에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 우물의 다공성 암석을 통한 기름의 흐름.

Benson의 연구는 MRI를 사용하여 흐름 데이터를 수집한 최초의 연구 중 하나입니다. 이 기술은 산호 군체와 터빈 블레이드를 연구하는 데 사용한 스탠포드 연구원 크리스토퍼 엘킨스와 존 이튼에 의해 개척되었습니다. Eaton은 현재 육군에 있는 Benson이 제트 터빈에서 고온 연소 및 냉각 가스의 혼합을 분석하는 기술을 사용할 것을 제안했습니다.

제트 엔진은 더 뜨거울 때 더 효율적입니다. 사실, 엔진 연소기의 바로 하류에 있는 블레이드는 융점에 매우 근접하게 작동합니다. 효율성을 극대화하기 위해 이 블레이드의 뒷부분은 면도날처럼 얇습니다.

Benson은 "적극적으로 냉각하지 않으면 녹습니다."라고 말했습니다.

터빈 엔진은 들어오는 공기의 일부를 각 블레이드를 통과하는 일련의 뱀 모양 통로로 전환시켜 블레이드를 냉각시킵니다.

Benson은 "어느 시점에서 블레이드가 너무 얇아져서 그렇게 하기에는 블레이드 끝의 피부가 벗겨지고 공기가 뒤쪽 가장자리로 흐르게 됩니다"라고 말했습니다.

더 차가운 공기가 블레이드를 나갈 때 연소기의 뜨거운 공기와 혼합되어 블레이드 표면의 온도가 냉각수 온도보다 높아집니다. Benson은 뜨거운 공기와 바이패스 공기가 혼합되는 방식을 분석하여 바이패스 설계를 최적화하고 필요한 냉각수 양을 줄이기를 희망합니다. 이렇게 하면 엔진 성능과 연료 효율성이 향상됩니다.

이러한 유형의 분석은 혼합될 때 뜨거운 공기 흐름과 우회 공기 흐름의 온도와 속도를 측정하는 것으로 시작됩니다. 연구원들은 형광 염료나 기름 방울과 같은 작은 입자를 방출하고 레이저로 쳐서 이를 수행합니다. 이것은 고속 카메라에 위치가 포착된 입자를 조명합니다. 그런 다음 컴퓨터가 사진을 분석하고 입자의 위치와 속도를 계산합니다.

불행히도 카메라는 한 번에 작은 영역 또는 타일만 캡처합니다. 그들은 또한 매우 좁은 피사계 심도, 즉 사진이 분석하기에 충분히 선명한 거리 범위를 가지고 있습니다. 결과적으로 모든 타일은 단일 평면의 그림으로 함께 스티칭되어야 합니다. 3차원 실험을 시각화하려면 많은 평면을 생성하고 함께 연결해야 합니다.

시간이 걸립니다. Benson은 "3년 동안 이러한 유형의 데이터를 수집한 한 박사 과정 학생을 알고 있습니다."라고 말했습니다.

MRI는 4~8시간 안에 같은 양의 데이터를 캡처한다고 그는 덧붙였다. 이것은 MRI가 3차원 물체를 이미지화하도록 설계되었기 때문입니다. 그들은 전자기 펄스로 수소 분자 내의 양성자를 체계적으로 교란시키고 자기장과 빠르게 재정렬할 때 위치를 측정함으로써 이를 수행합니다.

Benson은 연구용 MRI 이미저를 사용하여 실험을 진행합니다. MRI는 연못에서 조류를 죽이는 데 자주 사용되는 저렴한 화학물질인 황산구리와 혼합된 물을 이미지화하여 맥박에 신속한 반응을 제공합니다.

Benson은 "의료 MRI는 종종 가돌리늄을 조영제로 사용하지만 특히 몇 시간 동안 실행되는 스캔을 위해 액체를 공급하는 경우에는 비용이 많이 듭니다."라고 말했습니다.

Benson은 여전히 ​​블레이드 트레일링 에지 설계를 분석하고 있지만 이미 진전을 이뤘습니다. "저는 이미 표면 냉각을 10% 증가시킬 수 있으며, 이는 블레이드 온도가 화씨 100~150도 감소하는 것과 같습니다."라고 그는 말했습니다.