Muchos de los procesos científicos actuales se simulan mediante 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. utilizando métodos actualizados, fue un factor de motivación clave para un estudio experimental reciente 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 turbulencias. Valida sus modelos y les brinda datos adicionales para comparar sus resultados." particularmente en términos de velocidad, "dijo Kevin Kim, 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 geometría simple y física fundamental que les permitió manipular dos corrientes de aire. uno de un tanque de aire y el otro del aire ambiente de la habitación. Existe 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 las 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 de Mach total, luego estudió las diferentes capas de mezcla donde se encuentran los dos flujos, ", Dijo Kim." Dependiendo de las diferentes velocidades de las dos corrientes que entran, empiezas a ver diferentes características de la mezcla ".

La velocidad de flujo libre primaria comenzó en Mach 0.5 subsónico, y aumentado a 2,5 en incrementos de 0,5. La corriente libre secundaria era toda subsónica, 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 fuera único es que las mediciones de velocidad también se tomaron en la dirección del tramo para todos los diferentes números de Mach.

"Baja velocidad, casos incompresibles, se caracterizan en gran medida por la mezcla bidimensional, para que pueda obtener mucha información importante con solo mirar los componentes X e Y, ", Dijo Kim." Debido a que aumentamos el número de Mach, la compresibilidad aumenta en la capa de cizallamiento. Como 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 obtuvimos ese tercer componente de la velocidad para comprender cómo se relaciona con la turbulencia general con la compresibilidad cambiante. Y también para capturar las condiciones del flujo entrante, las capas límite ".

Según Kim, sólo se han realizado otros dos experimentos de capas de mezcla que obtuvieron los tres componentes de la velocidad. "Nuestros resultados coinciden con los de ellos, que valida nuestros propios experimentos, pero lo llevamos más lejos midiendo el flujo para una amplia gama de números de Mach ".

Dijo que una aplicación directa en el mundo real para este trabajo es para mejorar la combustión scramjet, en el 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 para el público a través de una página Wiki de la Universidad de Illinois, ", Dijo Kim." Espero que mucha gente use esta información en su modelado y que, en última instancia, pueda ayudar a mejorar la precisión y hacer avanzar los métodos en las simulaciones de flujo de alta velocidad ".

El estudio, "Estudio experimental tridimensional de los efectos de la compresibilidad en capas de cizallamiento libres turbulentas, "escrito por Kevin U. Kim, Gregory S. Elliott, y J. Craig Dutton se publica en el Revista AIAA .