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物理学 > 流体动力学

arXiv:2412.00257v1 (physics)
[提交于 2024年11月29日 ]

标题: 激波管膜片开启过程中的非理想效应预测

标题: Predicting Non-Ideal Effects from the Diaphragm Opening Process in Shock Tubes

Authors:Janardhanraj Subburaj, Miguel Figueroa-Labastida, Aamir Farooq
摘要: 激波管在研究高温化学动力学和模拟高速流动方面具有重要作用,它能够迅速提升测试气体的热力学条件,使其成为研究快速化学反应以及产生高焓气流进行空气动力学研究的理想工具。然而,由于隔膜破裂过程及粘性效应等因素引起的非理想效应会显著影响激波后方的热力学条件。本文研究了不同隔膜破裂模式对驱动段端壁附近激波参数的影响。实验使用氦气作为驱动气体,氩气作为被驱动气体,在反射激波后的压力范围为1.32至2.09巴、温度范围为1073至2126开尔文的条件下进行。高速成像捕捉到了不同的隔膜破裂轮廓,并根据其动力学特性将其分为四种类型。结果显示,隔膜破裂初期的速率和轮廓对最终产生的入射激波马赫数和测试时间起着关键作用。采用Sigmoid函数拟合隔膜破裂轮廓,实现了准确分类与分析。建立了新的关联式,用于预测入射激波衰减率和激波后的压力上升情况,这些关联式考虑了隔膜破裂时间、破裂轮廓常数以及归一化实验马赫数等参数。研究结果强调了在激波管实验中考虑隔膜破裂动力学的重要性,以实现对激波参数的准确预测。
摘要: Shock tubes are instrumental in studying high-temperature kinetics and simulating high-speed flows. They swiftly elevate the thermodynamic conditions of test gases, making them ideal for examining rapid chemical reactions and generating high-enthalpy flows for aerodynamic research. However, non-ideal effects, stemming from factors like diaphragm opening processes and viscous effects, can significantly influence thermodynamic conditions behind the shock wave. This study investigates the impact of various diaphragm opening patterns on the shock parameters near the driven section end-wall. Experiments were conducted using helium and argon as driver and driven gases, respectively, at pressures ranging from 1.32 to 2.09 bar and temperatures from 1073 to 2126 K behind the reflected shock. High-speed imaging captured different diaphragm rupture profiles, classified into four distinct types based on their dynamics. Results indicate that the initial stages of diaphragm opening, including the rate and profile of opening, play crucial roles in resulting incident shock Mach number and test time. A sigmoid function was employed to fit the diaphragm opening profiles, allowing for accurate categorization and analysis. New correlations were developed to predict the incident shock attenuation rate and post-shock pressure rise, incorporating parameters such as diaphragm opening time, rupture profile constants, and normalized experimental Mach number. The results emphasize the importance of considering diaphragm rupture dynamics in shock tube experiments to achieve accurate predictions of shock parameters.
评论: 13页,8幅图
主题: 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2412.00257 [physics.flu-dyn]
  (或者 arXiv:2412.00257v1 [physics.flu-dyn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.00257
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1063/5.0251146
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来自: Subburaj Janardhanraj [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2024 年 11 月 29 日 21:01:08 UTC (15,371 KB)
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