El efecto de la boquilla de contracción-expansión en el flujo de tubo de choque a alta temperatura
Autores: Shen, Junmou; Yao, Dapeng; Shao, Zhongjie; Ji, Feng; Chen, Xing; Chen, Wei; Li, Jianwei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
El efecto de la boquilla de contracción-expansión en el flujo de tubo de choque a alta temperatura
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Sección transversal variable de conducción
Flujo en tubo de choque
Onda de choque incidente
No equilibrio químico
Geometría de la boquilla
Comportamiento del flujo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Para lograr una mayor entalpía y presión, la técnica de conducción de sección transversal variable se combina eficazmente con el calentamiento de gas ligero para aumentar la intensidad de la onda de choque incidente. Se realizó un estudio para predecir el impacto de las secciones transversales variables en el rendimiento del flujo de tubo de choque a alta temperatura utilizando un tubo de choque con una relación de diámetro de 2.6:1 entre las secciones de conductor y conducido. La sección del conductor se llenó con una mezcla de gas helio-argón (relación de masa de 1:9), mientras que la sección conducida contenía aire seco. Bajo condiciones de presión total de 14.5 MPa y temperatura total de 3404 K, así como presión total de 45 MPa y temperatura total de 4845 K en la sección del conductor, correspondientes a presiones de la sección conducida de 10 kPa y 80 kPa, los resultados de simulaciones numéricas de no equilibrio químico se compararon con mediciones experimentales del número de Mach del choque incidente y la presión total. Los resultados indicaron lo siguiente: Primero, después de añadir la boquilla de contracción-expansión, el choque incidente se aceleró a través de la sección de contracción y se reflejó dentro de la sección de contracción. Ocurrían fuertes oscilaciones durante el flujo, con una intensidad creciente a medida que disminuía el tamaño de la garganta. Segundo, sin la boquilla, la velocidad del choque aumentó y luego disminuyó. Sin embargo, con la boquilla, el número de Mach fue más alto cerca de la salida de la boquilla y disminuyó gradualmente después. Tercero, la presencia de la boquilla llevó a la formación de un frente de onda en forma de abanico distinto, acompañado de variaciones significativas en variables de flujo como presión, temperatura y número de Mach en la región. Este fenómeno se atribuyó a la interacción entre la onda de choque y la geometría de la boquilla, que alteró la dinámica del flujo. Finalmente, a medida que disminuyó el tamaño de la garganta, la intensidad del choque incidente también disminuyó. Después de reflejarse al final del tubo de choque, la presión total en la sección conducida también disminuyó. Las simulaciones numéricas emplearon un modelo químico de no equilibrio multi-componente y multi-temperatura, validado contra datos experimentales, para capturar con precisión el comportamiento complejo del flujo y las interacciones de ondas dentro del tubo de choque.
Descripción
Para lograr una mayor entalpía y presión, la técnica de conducción de sección transversal variable se combina eficazmente con el calentamiento de gas ligero para aumentar la intensidad de la onda de choque incidente. Se realizó un estudio para predecir el impacto de las secciones transversales variables en el rendimiento del flujo de tubo de choque a alta temperatura utilizando un tubo de choque con una relación de diámetro de 2.6:1 entre las secciones de conductor y conducido. La sección del conductor se llenó con una mezcla de gas helio-argón (relación de masa de 1:9), mientras que la sección conducida contenía aire seco. Bajo condiciones de presión total de 14.5 MPa y temperatura total de 3404 K, así como presión total de 45 MPa y temperatura total de 4845 K en la sección del conductor, correspondientes a presiones de la sección conducida de 10 kPa y 80 kPa, los resultados de simulaciones numéricas de no equilibrio químico se compararon con mediciones experimentales del número de Mach del choque incidente y la presión total. Los resultados indicaron lo siguiente: Primero, después de añadir la boquilla de contracción-expansión, el choque incidente se aceleró a través de la sección de contracción y se reflejó dentro de la sección de contracción. Ocurrían fuertes oscilaciones durante el flujo, con una intensidad creciente a medida que disminuía el tamaño de la garganta. Segundo, sin la boquilla, la velocidad del choque aumentó y luego disminuyó. Sin embargo, con la boquilla, el número de Mach fue más alto cerca de la salida de la boquilla y disminuyó gradualmente después. Tercero, la presencia de la boquilla llevó a la formación de un frente de onda en forma de abanico distinto, acompañado de variaciones significativas en variables de flujo como presión, temperatura y número de Mach en la región. Este fenómeno se atribuyó a la interacción entre la onda de choque y la geometría de la boquilla, que alteró la dinámica del flujo. Finalmente, a medida que disminuyó el tamaño de la garganta, la intensidad del choque incidente también disminuyó. Después de reflejarse al final del tubo de choque, la presión total en la sección conducida también disminuyó. Las simulaciones numéricas emplearon un modelo químico de no equilibrio multi-componente y multi-temperatura, validado contra datos experimentales, para capturar con precisión el comportamiento complejo del flujo y las interacciones de ondas dentro del tubo de choque.