Muitos dos processos científicos atuais são simulados usando modelos matemáticos controlados por computador. Mas para um modelo prever com precisão como o fluxo de ar se comporta em altas velocidades, por exemplo, os cientistas precisam de dados suplementares da vida real. Fornecendo dados de validação, usando métodos atualizados, foi um fator de motivação chave para um estudo experimental recente conduzido por pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.

"Criamos um experimento físico que poderia medir o campo de fluxo que outros tentam simular com modelos computacionais para prever turbulência. Ele valida seus modelos e fornece dados adicionais para comparar seus resultados, particularmente em termos de velocidade, "disse Kevin Kim, Doutoranda no Departamento de Engenharia Aeroespacial.

Kim disse que o túnel de vento que foi construído e o design dos experimentos foram baseados em geometria simples e física fundamental que lhes permitiu manipular dois fluxos de ar, um de um tanque de ar e o outro do ar ambiente. Há uma barreira física entre os dois fluxos antes de chegarem à seção de teste do túnel de vento, onde eles começam a se misturar. As imagens são tiradas de partículas de sementes no fluxo.

"Existem dois bicos que vêm depois do tanque de ar. Alteramos a geometria de um dos bicos para alterar o número total de Mach, em seguida, estudou as diferentes camadas de mistura onde os dois fluxos se encontram, "Kim disse." Dependendo das diferentes velocidades dos dois fluxos que chegam, você começa a ver características diferentes da mixagem. "

A velocidade primária do fluxo livre começou em Mach 0,5 subsônico, e aumentou para 2,5 em incrementos de 0,5. O fluxo secundário gratuito era todo subsônico, abaixo de Mach 1.

Kim disse que na maioria dos experimentos anteriores deste campo de fluxo, a velocidade geralmente só foi medida em duas direções:na direção do fluxo livre e perpendicular a ele. O que tornou esse experimento único é que as medições de velocidade também foram feitas na direção da amplitude para todos os diferentes números de Mach.

"Baixa velocidade, casos incompressíveis, são amplamente caracterizados por mistura bidimensional, então você pode obter muitas informações importantes apenas olhando os componentes X e Y, "Kim disse." Porque aumentamos o número de Mach, a compressibilidade sobe na camada de cisalhamento. Consequentemente, vemos uma mistura em escala mais ampla na direção da amplitude que não vimos quando era incompressível. Um dos principais objetivos do trabalho era garantir que obtivéssemos o terceiro componente da velocidade, a fim de entender como ela se relaciona com a turbulência geral com a alteração da compressibilidade. E também para capturar as condições de fluxo de entrada, as camadas de fronteira. "

De acordo com Kim, apenas dois outros experimentos de camada de mistura foram realizados que obtiveram todos os três componentes de velocidade. "Nossos resultados correspondem aos deles, que valida nossos próprios experimentos, mas levamos isso adiante medindo o fluxo para uma ampla gama de números de Mach. "

Ele disse que uma aplicação direta no mundo real para este trabalho é para melhorar a combustão scramjet, em que o ar supersônico entra pelo combustor e se mistura com o combustível.

"Cientificamente, a principal aplicação é o fato de termos esses resultados para um campo de fluxo fundamental que os simuladores agora podem usar para validar seus modelos. Além disso, todos os nossos dados estão disponíveis ao público por meio de uma página Wiki da Universidade de Illinois, "Kim disse." Espero que muitas pessoas usem essas informações em sua modelagem e que isso possa ajudar a melhorar a precisão e avançar os métodos em simulações de fluxo de alta velocidade. "

O estudo, "Estudo experimental tridimensional dos efeitos da compressibilidade em camadas de cisalhamento livre turbulentas, "escrito por Kevin U. Kim, Gregory S. Elliott, e J. Craig Dutton é publicado no Jornal AIAA .