Análisis del efecto de alta temperatura en el flujo de tubo de choque

Abstract

Un tubo de choque es una herramienta de laboratorio ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, aeronáutica, estudios de dinámica de gas, procesos físico-químicos en gases de alta temperatura, estudio de explosiones, calibración dinámica de sensores de presión entre otros usos. Los tubos de choque son constituidos básicamente por dos reservatorios conectados, con presiones diferentes e de sesión transversal constante. Para mantener la presión diferente en cada uno de los reservatorios es introducida una membrana física, llamada diafragma, que normalmente es una película fina metálica. Uno de estos reservatorios contendrá gas en alta presión y es llamado de Driver, el otro reservatorio con gas en baja presión es llamado de Driven. Al romper el diafragma de manera instantánea es formada, en la misma posición del diafragma, una onda de choque normal no estacionaria (debido a la razón de presión entre el Driver y el Driver) llamada onda de choque incidente que se moverá en dirección a el extremo opuesto del Driven. Esta onda de choque incidente perturbará el flujo en la sección de baja presión, anteriormente en reposo, produciendo calentamiento, compresión e aceleración del gas. Posteriormente, al encontrar el extremo cerrado del Driven la onda de choque incidente es completamente reflejada en dirección al Driver. Esta onda ahora llamada de onda de choque reflejada comprimirá e calentará nuevamente el gas del Driven, anteriormente acelerado por la onda de choque incidente, llevándolo bruscamente al estado de reposo. El gas atrás de la onda de choque reflejada generalmente estará en alta entalpia debido a la alta temperatura. El objetivo de este trabajo es investigar el flujo interno de un tubo de choque por medio de la teoría de dinámica de los gases y simulaciones de la dinámica de fluidos computacional (CFD), con el fin de analizar la influencia de los efectos de gas real (alta temperatura).