En un motor a reacción, el flujo de aire se ralentiza para aumentar la temperatura y la presión para la combustión; la combustión de combustible con la proporción correcta de combustible y aire para conquistar la resistencia permite la aceleración.
Pero en los motores supersónicos lograr la velocidad de flujo correcta, producir la proporción correcta de combustible evaporado y causar ignición en el momento correcto es más complejo. Con la evaporación del líquido en una cámara de combustión, hay más en juego que solo la gravedad y la resistencia, especialmentecon ondas de choque supersónicas en la ecuación.
Los vórtices, las estructuras dinámicas creadas en un flujo turbulento, se ven afectados por la onda de choque. Esto cambia la forma en que el combustible se quema y multiplica el número de posibilidades de cómo se pueden comportar las partículas. Para profundizar nuestra comprensión de la dinámica del supersónicoflujo, los investigadores buscan modelos numéricos para calcular la gran variedad de resultados posibles en este sistema modificado.
En su estudio, publicado esta semana en Física de fluidos , por AIP Publishing, Zhaoxin Ren, Bing Wang y Longxi Zheng vieron la combustión supersónica en una serie de tiempo a través del modelado numérico. Esto les permitió ver cómo cambian las variables, como el combustible de carga masiva, la intensidad de la onda de choque yLos tipos de ondas reflectantes y transmitidas creadas en diferentes momentos afectarán la ignición.
Pudieron caracterizar cuantitativamente la influencia de una onda de choque oblicua incidente en vórtices de cizallamiento a gran escala y reacciones exotérmicas, mapeando matemáticamente la influencia de las variables y los tipos de ondas resultantes creadas en un gas conmocionado. Su análisis establece una simulación confiablemétodo para la combustión supersónica utilizando herramientas de modelado matemático específicamente diseñadas para este propósito.
"Actualmente, ningún software comercial puede simular el problema de la combustión supersónica porque requiere esquemas numéricos de alto orden para calcular flujos supersónicos con choques evolucionados complicados, así como modelos corregidos para describir la dinámica de las gotas, los cuales consideramos cuidadosamente en nuestrocódigos de simulación internos ", dijo Wang, coautor del estudio." La simulación numérica directa puede capturar las escalas completas de flujos involucrados en la interacción choque-vórtice ".
Utilizando una combinación de códigos de simulación personalizados y el método Eulerian-Lagrangian comúnmente aplicado a flujos bifásicos cargados de partículas, los autores pudieron ejecutar una amplia gama de simulaciones y proporcionar una serie de casos de prueba que informan el diseño del motor scramjet.Su análisis reveló dos modos de combustión inducida, incluido un modo de cuasi detonación local que ocurre debido a la formación de una onda refractada junto con la reacción química.
"El motor scramjet es la opción más favorable para el vuelo de alta velocidad en Mach seis o más", dijo Wang. "Comprender el complicado mecanismo físico de la combustión supersónica y el impacto de las ondas de choque incidentes podría ayudar a los ingenieros a elegir la mejor combinación demezcla y combustión mediante la instalación de componentes móviles en la cámara de combustión "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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