Fotografías de Schlieren: Una técnica para visualizar las características del flujo supersónico

Fuente: José Roberto Moreto, Jaime Dorado, y Xiaofeng Liu, Departamento de Ingeniería Aeroespacial, Universidad Estatal de San Diego, San Diego, CA

Los cazas a reacción militares y los proyectiles pueden volar a velocidades increíbles que superan la velocidad del sonido, lo que significa que viajan a una velocidad supersónica. La velocidad del sonido es la velocidad a la que una onda sonora se propaga a través de un medio, que es de 343 m/s. Los números Mach se utilizan para medir la velocidad de vuelo de un objeto en relación con la velocidad del sonido.

Un objeto que viaja a la velocidad del sonido tendría un número Mach de 1.0, mientras que un objeto que viaja más rápido que la velocidad del sonido tiene un número Mach mayor que 1.0. Los efectos de compresibilidad del aire deben tenerse en cuenta cuando se viaja a tales velocidades. Un flujo se considera comprimible cuando el número Mach es mayor que 0.3. En esta demostración, el flujo supersónico Mach 2.0 sobre un cono será analizado visualizando la formación de ondas de choque y ondas de compresión en el flujo compresible usando un sistema Schlieren.

1. Visualización de ondas de choque utilizando un sistema de imágenes de schlieren

Active las torres de la secadora para deshidratar el aire. Esto asegurará que el flujo de aire no contenga humedad, y evitará la formación de hielo cuando la temperatura local en la sección de prueba baje debido al flujo supersónico.
Abra la sección de prueba y fije el modelo de cono de medio ángulo de 15o a la estructura de soporte.
Compruebe si la sección de prueba está libre de e...

En esta demostración, un cono con un ángulo medio de 15 grados fue sometido a un flujo supersónico en Mach 2.0. En la Figura 3, se observa una estela de choque y un ventilador de expansión sobre el cono. Teóricamente, se debe formar un choque oblicuo en la superficie del cono en un ángulo de 33,9o. El ángulo experimental se midió para ser 33,6o, como se muestra en la línea roja de la Figura 3B. En comparación con los datos teóricos, se encontró que el error de porcentaje era i...

La técnica de imagen de schlieren es una técnica clásica de visualización de flujo óptico basada en los cambios de densidad en el fluido. Es un sistema simple construido con espejos cóncavos, un filo de cuchillo y una fuente de luz. Con este sistema, se pueden visualizar las características de flujo supersónico, como las ondas de choque y las ondas de expansión. Esta técnica, sin embargo, tiene límites de sensibilidad a los flujos de baja velocidad.

El método de imagen de schlieren...

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