Co to jest Shock Tube?

Rurka uderzeniowa to przyrząd wykorzystywany do badania reakcji spalania w fazie gazowej i przepływu aerodynamicznego. Najprościej mówiąc, rura uderzeniowa to metalowa rura z membraną, półelastyczna bariera oddzielająca gaz pod wysokim ciśnieniem od gazu pod niskim ciśnieniem. Aby rozpocząć eksperyment, membrana zostaje zerwana, powodując przemieszczanie się fali uderzeniowej przez gaz o niskim ciśnieniu.

W eksperymentach z rurą uderzeniową gaz pod wysokim ciśnieniem jest nazywany gazem napędzającym, podczas gdy gaz pod niskim ciśnieniem jest gazem napędzanym. Gazy nie muszą mieć tego samego składu chemicznego. Gazy są pompowane do lub z rurki po każdej stronie membrany, aż do osiągnięcia pożądanego ciśnienia z każdej strony. Aby rozpocząć eksperyment z rurką uderzeniową, przepona może zostać zerwana za pomocą tłoka z zamocowanym ostrzem, chociaż wymagany mechanizm jest złożony. Wiele eksperymentów albo wykorzystuje naciętą membranę, zaprojektowaną do pękania po osiągnięciu pewnego ciśnienia wewnątrz rurki, albo używa łatwopalnych gazów w sterowniku do rozerwania membrany.

Kiedy membrana w rurze zostaje zerwana, fala uderzeniowa, nagłe, rozprzestrzeniające się zaburzenie, wędruje do napędzanego gazu. Wzrasta również temperatura i ciśnienie napędzanego gazu, a fala uderzeniowa indukuje przepływ aerodynamiczny w kierunku fali uderzeniowej, ale z mniejszą prędkością lub prędkością. Rozprzestrzeniający się spadek ciśnienia, zwany falą rozrzedzającą lub wentylatorem rozprężnym, wraca do gazu sterującego. Powierzchnia styku, granica między gazem napędowym a gazem napędzanym, przemieszcza się do gazu napędzanego, tuż za frontem uderzenia, określając granicę fali uderzeniowej.

Kiedy fala uderzeniowa dociera do końca rurki, odbija się, wracając do gazu kierującego i powodując jeszcze większy wzrost temperatury, ciśnienia i gęstości. Użycie zbiornika zrzutowego do pochłonięcia odbijanej fali uderzeniowej może zapobiec tej reakcji. Po utworzeniu fali uderzeniowej gaz z rury uderzeniowej jest wycofywany i badany w celu zaobserwowania wpływu wysokiego ciśnienia i temperatury. Rurkę uderzeniową można również wykorzystać do badania wpływu spalania na cząstki stałe, które wkłada się do rurki przed pęknięciem membrany.

Rurkę uderzeniową można również wykorzystać do badania aerodynamicznego przepływu napędzanego gazu za falą uderzeniową. Spalanie odbywa się bardzo szybko. W rezultacie obserwowany przepływ aerodynamiczny jest ograniczony, zwykle zaledwie kilka milisekund.