Was ist ein Stoßrohr?
Ein Stoßrohr ist ein Instrument zur Untersuchung von Gasphasenverbrennungsreaktionen und der aerodynamischen Strömung. Im einfachsten Fall ist ein Stoßrohr ein Metallrohr mit einer Membran, einer halbflexiblen Barriere, die ein Hochdruckgas von einem Niederdruckgas trennt. Zu Beginn eines Experiments wird die Membran gebrochen, wodurch eine Stoßwelle durch das Niederdruckgas läuft.
Bei Versuchen mit einem Stoßrohr wird das Hochdruckgas als Treibergas bezeichnet, während das Niederdruckgas das angetriebene Gas ist. Die Gase müssen nicht die gleiche chemische Zusammensetzung haben. Die Gase werden auf jeder Seite der Membran in das Rohr gepumpt oder aus diesem herausgepumpt, bis auf jeder Seite der gewünschte Druck erreicht ist. Um ein Experiment mit einem Stoßrohr zu beginnen, kann die Membran unter Verwendung eines Kolbens mit einer angebrachten Klinge zerbrochen werden, obwohl der erforderliche Mechanismus komplex ist. Bei vielen Experimenten wird entweder eine geritzte Membran verwendet, die bei Erreichen eines bestimmten Drucks im Rohr zum Bersten gebracht werden soll, oder es werden brennbare Gase im Treiber verwendet, um die Membran zu platzen.
Wenn das Diaphragma in einem Rohr gebrochen wird, breitet sich eine Stoßwelle, eine abrupte, sich ausbreitende Störung, in das angetriebene Gas aus. Die Temperatur und der Druck des angetriebenen Gases nehmen ebenfalls zu und die Stoßwelle induziert einen aerodynamischen Fluss in Richtung der Stoßwelle, jedoch mit einer geringeren Geschwindigkeit oder Geschwindigkeit. Ein sich ausbreitender Druckabfall, der als Verdünnungswelle oder Expansionsventilator bezeichnet wird, wandert zurück in das Fahrgas. Die Kontaktfläche, die Grenze zwischen Fahrgas und angetriebenem Gas, wandert direkt hinter der Dämpferfront in das angetriebene Gas und definiert die Grenze der Dämpferwelle.
Wenn die Stoßwelle das Ende eines Rohrs erreicht, wird sie reflektiert, wandert zurück in das Treibgas und bewirkt einen noch stärkeren Anstieg von Temperatur, Druck und Dichte. Die Verwendung eines Kippbehälters zum Absorbieren der reflektierten Stoßwelle kann diese Reaktion verhindern. Nachdem die Stoßwelle erzeugt wurde, wird das Gas im Stoßrohr abgezogen und untersucht, um die Auswirkungen von hohem Druck und hoher Temperatur zu beobachten. Ein Stoßrohr kann auch verwendet werden, um die Auswirkungen der Verbrennung auf feste Partikel zu untersuchen, die in das Rohr eingebracht werden, bevor die Membran zerbrochen wird.
Ein Stoßrohr kann auch verwendet werden, um die aerodynamische Strömung des angetriebenen Gases hinter der Stoßwelle zu untersuchen. Die Verbrennung erfolgt sehr schnell. Infolgedessen ist die Zeit für die Beobachtung des aerodynamischen Flusses begrenzt, in der Regel nur wenige Millisekunden.