Sesüstü Akışlarda İki Fazlı Serbest Jetlerin Şok Yapıları

Abstract

İki fazlı sesüstü jetlerin akış yapıları, içine parçacık katılmış havanın 20 mm çıkış çaplı yakınsak-ıraksak lüleden ortam koşullarına genişletilerek lüle çıkışında Mach 2 hızına ulaşılmasıyla incelenmiştir. Araştırmada gölgeleme tekniği kullanılarak, değişik durgunluk odası basınçlarının ve farklı ataletlere sahip katı taneciklerin akışa katılımının şok yapıları ve oluşumuna etkileri incelenmiştir. Gölgeleme yöntemi ile elde edilen fotoğraflar sayısallaştırılarak sözkonusu fiziksel olaylar çıktı değişkenleri, yaklaşan şok açısı ve Mach disk olmak üzere, aynı durgunluk odası koşullarında, tek fazlı jet özellikleri iki fazlı jet akışı ile karşılaştırılarak araştırılmıştır. Elde edilen niceliksel veriler, ikinci faz etkilerinin artan azgenişlemişlik oranı ile gittikçe azaldığını ve tüm iki fazlı jetlerin değişik parçacık yüklemelerine maruz kalsalar da tek fazlı jete yakınsadıklarını göstermektedir. Akışa ikinci fazın katılmasıyla şok yapıları kendisinden daha düşük durgunluk odası basıncına sahip tek fazlı jete eşdeğer görünmektedir. İkinci faz etkisiyle momentumun eksen kadar eksen dışındaki bölgelerde de artması, eksen yakınında oluşan Mach disk şiddetini azaltırken, eksen dışı bölgelerde gelişen yaklaşan şokların şiddetini arttırmaktadır. Parçacık katılımına ek olarak parçacık ataletlerinin de artmasıyla normal şok şiddeti azalmaktadır.

The flow process of a two-phase supersonic jet has been investigated with a particle-loaded air flow expanded to a speed with Mach number 2 through a convergent-divergent nozzle of 20 mm exit diameter. The shadowgraph technique was used to reveal qualitative features of the near field, in particular the first shock cell, as functions of stagnation pressure and particle loadings with different inertia. They also provided the quantitative data for characteristics of the Mach disc in comparison with a single-phase jet of the same stagnation conditions. The results put in evidence that although for large underexpansion ratios the shock characteristics of the two-phase flow become similar to that of the single-phase, the second phase in general modifies the first shock cell as if the jet is exhausted into a relatively higher back pressure. Particles contribute to the transport of momentum to the region far away from the axis, and this leads to the strength of the Mach disk to reduce while the oblique shocks appearing away from the axis to increase in strength. The larger particles seems relatively unresponsive to the gas expansion and flow mainly in the jet core. The Mach disc becomes smaller with the inclusion of particles.