Visualización y determinación de parámetros de flujos supersónicos en micro-boquillas convergentes-divergentes utilizando la técnica Z de Schlieren y mecánica de fluidos
Autores: Mendoza-Anchondo, Reyna Judith; Alvarez-Herrera, Cornelio; Murillo-Ramírez, José Guadalupe
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Visualización y determinación de parámetros de flujos supersónicos en micro-boquillas convergentes-divergentes utilizando la técnica Z de Schlieren y mecánica de fluidos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Pequeña escala
Supersónico
Microboquillas
Célula de choque
Impulso específico
Estructura del flujo de aire
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los micro-nozzles de tipo convergente-divergente a pequeña escala y supersónicos, con tamaños característicos de alrededor de unos pocos centímetros y radios de salida y garganta de décimas de milímetros, fueron el objeto de este estudio. Utilizando la técnica óptica Z de schlieren, se visualizaron los flujos de aire supersónicos establecidos en la salida de siete boquillas. Se analizó la dependencia de las características de la celda de choque en la relación de presión de la boquilla (NPR), definida como la relación entre la presión de estancamiento y la presión atmosférica. También se estudió la dependencia del empuje de la boquilla y el impulso específico en función de la relación NPR y la tasa de flujo másico, utilizando un dispositivo simple basado en conceptos de mecánica de fluidos. Los resultados obtenidos están en concordancia con resultados similares obtenidos en investigaciones publicadas recientemente sobre boquillas de doble campana. El empuje de todas las boquillas depende linealmente del espaciado de la celda de choque, que es uno de los hallazgos más relevantes de esta investigación. En otras palabras, la estructura del flujo de aire de salida determina el rendimiento de las boquillas, como el empuje o el impulso específico que producen. Estas pequeñas boquillas ofrecen ventajas significativas sobre las boquillas convencionales en cuanto a bajo consumo de energía y menor costo de fabricación, lo que las hace adecuadas para la investigación científica en micropropulsión espacial y sistemas microelectrónicos de refrigeración, entre otras aplicaciones.
Descripción
Los micro-nozzles de tipo convergente-divergente a pequeña escala y supersónicos, con tamaños característicos de alrededor de unos pocos centímetros y radios de salida y garganta de décimas de milímetros, fueron el objeto de este estudio. Utilizando la técnica óptica Z de schlieren, se visualizaron los flujos de aire supersónicos establecidos en la salida de siete boquillas. Se analizó la dependencia de las características de la celda de choque en la relación de presión de la boquilla (NPR), definida como la relación entre la presión de estancamiento y la presión atmosférica. También se estudió la dependencia del empuje de la boquilla y el impulso específico en función de la relación NPR y la tasa de flujo másico, utilizando un dispositivo simple basado en conceptos de mecánica de fluidos. Los resultados obtenidos están en concordancia con resultados similares obtenidos en investigaciones publicadas recientemente sobre boquillas de doble campana. El empuje de todas las boquillas depende linealmente del espaciado de la celda de choque, que es uno de los hallazgos más relevantes de esta investigación. En otras palabras, la estructura del flujo de aire de salida determina el rendimiento de las boquillas, como el empuje o el impulso específico que producen. Estas pequeñas boquillas ofrecen ventajas significativas sobre las boquillas convencionales en cuanto a bajo consumo de energía y menor costo de fabricación, lo que las hace adecuadas para la investigación científica en micropropulsión espacial y sistemas microelectrónicos de refrigeración, entre otras aplicaciones.