ジェットエンジンが熱すぎますか？ MRIをスケジュールする

マイケル・ベンソン大佐博士によると、臓器や軟部組織を画像化するために使用される医療画像技術である磁気共鳴画像法（MRI）は、ジェットエンジンの効率を改善するための鍵を握る可能性があります。スタンフォード大学で機械工学の学生。

MRIは、わずか数時間で、2年以上の集中的な測定を必要とする従来の方法と同じくらい多くの流れと混合に関する3次元データを収集します。これにより、効率とパフォーマンスを向上させる新しい設計の開発とテストに必要な時間を短縮し、エネルギーの節約を約束します。

ベンソンは、ジェットエンジンの効率を改善するためにMRIを使用しています。11月17日、カリフォルニア州ロングビーチで開催された米国物理学会流体力学部門（DFD）の会議で説明した作業です。この手法は、燃焼から井戸内の多孔質岩を通る油の流れ。

ベンソンの研究は、MRIを使用してフローデータを収集した最初の研究の1つです。この技術は、スタンフォード大学の研究者であるクリストファー・エルキンスとジョン・イートンによって開拓され、サンゴのコロニーとタービンブレードの研究に使用されました。イートンは、現在陸軍に所属しているベンソンが、この技術を使用してジェットタービン内の高温燃焼ガスと冷却ガスの混合を分析することを提案しました。

ジェットエンジンは、高温で稼働するとより効率的になります。実際、エンジンの燃焼器のすぐ下流にあるブレードは、融点に非常に近い位置で動作します。効率を最大化するために、これらのブレードの後縁は非常に薄いです。

「積極的に冷却しないと溶けてしまう」とベンソン氏は語った。

タービンエンジンは、流入する空気を各ブレードを通る一連の蛇のような通路に迂回させることでブレードを冷却します。

「ある時点で、ブレードが薄くなりすぎてそれができないため、ブレードの端の皮膚が剥がれ、後縁に空気が流れます」とベンソン氏は述べています。

その冷たい空気がブレードを出るとき、それは燃焼器からの熱い空気と混ざり合い、ブレード表面の温度を冷却水温度より高くします。ベンソンは、高温とバイパスの空気がどのように混合するかを分析することにより、バイパス設計を最適化し、必要な冷却剤の量を減らすことを望んでいます。これにより、エンジン性能と燃料効率が向上します。

このタイプの分析は、高温とバイパスの空気流が混合するときの温度と速度を測定することから始まります。研究者は、蛍光染料や油滴などの小さな粒子を放出し、レーザーでそれらを打つことによってこれを行います。これにより、高速度カメラで捕らえられた粒子が照らされます。次に、コンピューターが画像を分析し、粒子の位置と速度を計算します。

残念ながら、カメラは一度に小さな領域、つまりタイルしかキャプチャしません。また、被写界深度が非常に狭く、写真が分析に十分なほど鮮明な距離の範囲があります。その結果、すべてのタイルを1つの平面の画像につなぎ合わせる必要があります。 3次元の実験を視覚化するには、多くの平面を生成してつなぎ合わせる必要があります。

これには時間がかかります。 「この種のデータを収集するのに3年を費やした博士課程の学生を1人知っています」とベンソン氏は述べています。

MRIは4〜8時間で同じ量のデータを収集します、と彼は続けました。これは、MRIが3次元オブジェクトを画像化するように設計されているためです。彼らは、電磁パルスで水素分子内の陽子を系統的に乱し、磁場とすばやく再整列するときにそれらの位置を測定することによってこれを行います。

ベンソンは、研究グレードのMRIイメージャーを使用して実験を実行しています。 MRIは、池の藻類を殺すためによく使用される低コストの化学物質である硫酸銅と混合された水を画像化します。これにより、パルスに迅速に応答します。

「医療用MRIは、造影剤としてガドリニウムを使用することがよくありますが、特に何時間も実行されるスキャンのために液体を供給する場合は、非常に高価です」とベンソン氏は述べています。

ベンソンはまだブレード後縁の設計を分析していますが、彼はすでに進歩を遂げています。 「私はすでに表面冷却を10％上げることができます。これは、華氏100度から150度のブレード温度低下に相当します。」と彼は言いました。