Efectos de la Rugosidad de la Superficie en la Interacción Onda de Choque/Capa Límite Turbulenta a Mach 4 sobre un Modelo de Flaring de Cilindro Hueco
Autores: Garcia, Matt; Hoffman, Eugene N. A.; LaLonde, Elijah J.; Combs, Christopher S.; Pohlman, Mason; Smith, Cary; Gragston, Mark T.; Schmisseur, John D.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Efectos de la Rugosidad de la Superficie en la Interacción Onda de Choque/Capa Límite Turbulenta a Mach 4 sobre un Modelo de Flaring de Cilindro Hueco
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Rugosidad de la superficie
Flujos de alta velocidad
Interacciones onda de choque/capa límite
Modelo de campana de cilindro hueco
Rugosidad de superficie distribuida
Grosor de la capa límite
Licencia
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Aunque se entiende que la rugosidad de la superficie puede impactar la física de la capa límite en flujos de alta velocidad, ha habido poca investigación destinada a comprender el impacto potencial de la rugosidad de la superficie en las interacciones onda de choque/capa límite a alta velocidad. Aquí, se utilizó un modelo de flared de cilindro hueco para estudiar el impacto potencial de la rugosidad de superficie distribuida en la inestabilidad de la interacción onda de choque/capa límite. Se probaron dos condiciones de superficie: un acabado de acero liso con una rugosidad promedio de 0.85 m y una superficie rugosa (fibra de carbono 3K) con un valor de rugosidad promedio de 9.22 m. Se rastreó el pie de choque de separación de la interacción onda de choque/capa límite en el flared del cilindro hueco analizando imágenes de schlieren con un algoritmo de seguimiento de choque. La superficie rugosa aumentó el grosor de la capa límite aproximadamente en un factor de 10 en comparación con el caso liso, alterando significativamente la escala de interacción. A pesar de normalizar los resultados, basados en esta escala de capa límite, el caso de la superficie rugosa aún mostró posiciones medias del pie de choque más aguas arriba que el caso de la superficie lisa. Los espectros de potencia de los datos de ubicación del pie de choque inestable demostraron que el caso de la superficie rugosa exhibió movimiento inestable con energía atenuada en relación con el caso de pared lisa.
Descripción
Aunque se entiende que la rugosidad de la superficie puede impactar la física de la capa límite en flujos de alta velocidad, ha habido poca investigación destinada a comprender el impacto potencial de la rugosidad de la superficie en las interacciones onda de choque/capa límite a alta velocidad. Aquí, se utilizó un modelo de flared de cilindro hueco para estudiar el impacto potencial de la rugosidad de superficie distribuida en la inestabilidad de la interacción onda de choque/capa límite. Se probaron dos condiciones de superficie: un acabado de acero liso con una rugosidad promedio de 0.85 m y una superficie rugosa (fibra de carbono 3K) con un valor de rugosidad promedio de 9.22 m. Se rastreó el pie de choque de separación de la interacción onda de choque/capa límite en el flared del cilindro hueco analizando imágenes de schlieren con un algoritmo de seguimiento de choque. La superficie rugosa aumentó el grosor de la capa límite aproximadamente en un factor de 10 en comparación con el caso liso, alterando significativamente la escala de interacción. A pesar de normalizar los resultados, basados en esta escala de capa límite, el caso de la superficie rugosa aún mostró posiciones medias del pie de choque más aguas arriba que el caso de la superficie lisa. Los espectros de potencia de los datos de ubicación del pie de choque inestable demostraron que el caso de la superficie rugosa exhibió movimiento inestable con energía atenuada en relación con el caso de pared lisa.