Che cos'è un tubo di scossa?
Un tubo di scossa è uno strumento utilizzato per studiare le reazioni di combustione in fase gassosa e il flusso aerodinamico. Nella sua forma più semplice, un tubo di scossa è un tubo di metallo con un diaframma, una barriera semi-flessibile, che separa un gas ad alta pressione da un gas a bassa pressione. Per iniziare un esperimento, il diaframma si rompe, causando un'onda d'urto che attraversa il gas a bassa pressione.
Negli esperimenti che utilizzano un tubo di scossa, il gas ad alta pressione viene chiamato gas di comando, mentre il gas a bassa pressione è il gas condotto. I gas non devono necessariamente avere la stessa composizione chimica. I gas vengono pompati all'interno o all'esterno del tubo su ciascun lato del diaframma fino a raggiungere la pressione desiderata su ciascun lato. Per iniziare un esperimento con un tubo di scossa, il diaframma può essere rotto usando uno stantuffo con una lama attaccata, sebbene il meccanismo richiesto sia complesso. Molti esperimenti usano un diaframma segnato, progettato per rompersi quando viene raggiunta una certa pressione all'interno del tubo, oppure usano gas combustibili nel driver per far scoppiare il diaframma.
Quando il diaframma in un tubo viene rotto, un'onda d'urto, un brusco disturbo di propagazione, viaggia nel gas condotto. Anche la temperatura e la pressione del gas guidato aumentano e l'onda d'urto induce il flusso aerodinamico nella direzione dell'onda d'urto, ma a una velocità o velocità inferiore. Una diminuzione propagativa della pressione, chiamata onda di rarefazione o ventola di espansione, ritorna nel gas di comando. La superficie di contatto, il confine tra il gas di comando e il gas condotto, viaggia nel gas condotto, proprio dietro la parte anteriore dell'urto, definendo il bordo dell'onda d'urto.
Quando l'onda d'urto raggiunge l'estremità di un tubo, viene riflessa, viaggiando indietro nel gas del motore e causando un aumento ancora maggiore di temperatura, pressione e densità. L'uso di un serbatoio di scarico per assorbire l'onda d'urto riflessa può impedire questa reazione. Dopo che l'onda d'urto è stata creata, il gas nel tubo d'urto viene ritirato e studiato per osservare gli effetti dell'alta pressione e della temperatura. Un tubo di scossa può anche essere usato per studiare gli effetti della combustione su particelle solide, che vengono inserite nel tubo prima che il diaframma si rompa.
Un tubo di scossa può anche essere usato per studiare il flusso aerodinamico del gas condotto dietro l'onda di scossa. La combustione avviene molto rapidamente. Di conseguenza, c'è un tempo limitato per osservare il flusso aerodinamico, di solito solo pochi millisecondi.