Muchos de los procesos científicos actuales se simulan utilizando modelos matemáticos controlados por computadora. Pero para que un modelo prediga con precisión cómo se comporta el flujo de aire a altas velocidades, por ejemplo, los científicos necesitan datos suplementarios de la vida real. Proporcionar datos de validación, utilizandoLos métodos de fecha fueron un factor motivador clave para un reciente estudio experimental realizado por investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
"Creamos un experimento físico que podría medir el campo de flujo que otros intentan simular con modelos computacionales para predecir la turbulencia. Valida sus modelos y les da datos adicionales para comparar sus resultados, particularmente en términos de velocidad", dijo KevinKim, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial.
Kim dijo que el túnel de viento que se construyó y el diseño de los experimentos se basaron en una geometría simple y una física fundamental que les permitió manipular dos corrientes de flujo de aire, una desde un tanque de aire y la otra desde el aire ambiente.una barrera física entre las dos corrientes antes de que lleguen a la sección de prueba del túnel de viento, donde comienzan a mezclarse. Se toman imágenes de partículas de semillas en el flujo.
"Hay dos boquillas que vienen después del tanque de aire. Cambiamos la geometría de una de las boquillas para cambiar el número total de Mach, luego estudiamos las diferentes capas de mezcla donde se encuentran los dos flujos", dijo Kim. "Dependiendo dea diferentes velocidades de las dos transmisiones que entran, comienzas a ver diferentes características de la mezcla "
La velocidad de flujo libre primario comenzó en Mach subsónico 0.5, y aumentó a 2.5 en incrementos de 0.5. El flujo libre secundario fue todo subsónico, por debajo de Mach 1.
Kim dijo que en la mayoría de los experimentos anteriores de este campo de flujo, la velocidad generalmente solo se ha medido en dos direcciones: en la dirección de la corriente libre y perpendicular a ella. Lo que hizo que este experimento sea único es que las mediciones de velocidad también se tomaron en el tramoen la dirección correcta para todos los diferentes números de Mach.
"Los casos incompresibles a baja velocidad se caracterizan en gran medida por la mezcla bidimensional, por lo que puede obtener mucha información importante simplemente mirando los componentes X e Y", dijo Kim. "Debido a que aumentamos el número de Mach, ella compresibilidad aumenta en la capa de corte. En consecuencia, vemos una mezcla a mayor escala en la dirección del tramo que no vimos cuando era incompresible. Un objetivo clave del trabajo fue asegurarnos de que obtuviéramos ese tercer componente de velocidadpara comprender cómo se relaciona con la turbulencia general con la compresibilidad cambiante. Y también para capturar las condiciones de flujo entrante, las capas límite ".
Según Kim, solo se han realizado otros dos experimentos de capa de mezcla que obtuvieron los tres componentes de la velocidad. "Nuestros resultados coinciden con los de ellos, lo que valida nuestros propios experimentos, pero lo llevamos más allá midiendo el flujo para un amplio rangode números de Mach "
Dijo que una aplicación directa del mundo real para este trabajo es para mejorar la combustión scramjet, en la que entra aire supersónico a través de la cámara de combustión y se mezcla con el combustible.
"Científicamente, la aplicación principal es el hecho de que tenemos estos resultados para un campo de flujo muy fundamental que los simuladores ahora pueden usar para validar sus modelos. Además, todos nuestros datos están disponibles al público a través de un Wiki de la Universidad de Illinoispágina ", dijo Kim." Espero que mucha gente use esta información en su modelado y que finalmente pueda ayudar a mejorar la precisión y avanzar los métodos en simulaciones de flujo de alta velocidad ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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