p Em um motor a jato, o fluxo de ar é desacelerado para aumentar a temperatura e a pressão para a combustão - queimar combustível com a proporção certa de combustível e ar para vencer o arrasto permite a aceleração. p Mas em motores supersônicos que alcançam a velocidade de fluxo certa, produzir a proporção certa de combustível evaporado e causar a ignição no momento certo é mais complexo. Com o líquido de evaporação em uma câmara de combustão, há mais em jogo do que apenas gravidade e arrasto, especialmente com ondas de choque supersônicas na equação.

p Vórtices - as estruturas dinâmicas criadas em um fluxo turbulento - são afetados pela onda de choque. Isso muda a forma como o combustível queima e multiplica o número de possibilidades de como as partículas podem se comportar. Para aprofundar nossa compreensão da dinâmica do fluxo supersônico, os pesquisadores procuram a modelagem numérica para calcular a enorme variedade de resultados possíveis neste sistema alterado.

p Em seu estudo, publicado esta semana em Física dos Fluidos , Zhaoxin Ren, Bing Wang e Longxi Zheng viram a combustão supersônica em uma série de tempo por meio de modelagem numérica. Isso permitiu que eles vissem como as variáveis ​​de mudança, como combustível de carregamento em massa, a intensidade da onda de choque, e os tipos de ondas refletivas e transmitidas criadas em diferentes pontos no tempo afetarão a ignição.

p Eles foram capazes de caracterizar quantitativamente a influência de uma onda de choque oblíqua incidente em vórtices de cisalhamento em grande escala e reações exotérmicas, mapear matematicamente a influência das variáveis ​​e os tipos resultantes de ondas criadas em um gás em choque. Sua análise estabelece um método de simulação confiável para combustão supersônica usando ferramentas de modelagem matemática projetadas especificamente para este propósito.

p "Atualmente, nenhum software comercial pode simular o problema de combustão supersônica porque requer esquemas numéricos de alta ordem para calcular fluxos supersônicos com choques evoluídos complicados, bem como modelos corrigidos para descrever a dinâmica das gotas, ambos os quais consideramos cuidadosamente em nossos códigos de simulação internos, "Wang disse, um co-autor do estudo. "A simulação numérica direta pode capturar todas as escalas dos fluxos envolvidos na interação choque-vórtice."

p Usando uma combinação de códigos de simulação personalizados e o método Euleriano-Lagrangiano comumente aplicado a fluxos de duas fases carregados de partículas, os autores puderam executar uma ampla gama de simulações e fornecer uma série de casos de teste que informam o projeto do motor scramjet. Sua análise revelou dois modos de combustão induzida, incluindo um modo de quase detonação local que ocorre devido à formação de uma onda refratada acoplada à reação química.

p "O motor scramjet é a opção mais favorável para voos de alta velocidade em Mach seis ou mais, Wang disse. "Entender o complicado mecanismo físico da combustão supersônica e o impacto das ondas de choque incidentes pode ajudar os engenheiros a escolher a melhor combinação de mistura e combustão por meio da instalação de componentes móveis no combustor."