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Unsteady gas flows and particle dynamics in the shock layer formed by the impingement of a supersonic two-phase jet onto a plate

Instationäre Strömungen und die Dynamik von Partikeln in der Stoßschicht beim Aufprall eines zweiphasigen Überschallfreistrahls auf eine Platte

by Konstantin Klinkov
Doctoral thesis
Date of Examination:2005-05-10
Date of issue:2005-08-10
Advisor:Prof. Dr. Dirk Ronneberger
Referee:PD Dr. Martin Rein
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2682

 

 

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Name:klinkov.pdf
Size:4.61Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract

English

Supersonic particle-laden jets impinging normally on plates are studied. The free jet studied is characterized by Mach numbers of 2.6-2.8 and stagnation temperatures of 300-500 K. The dispersed phase consists of solid particles of different densities (2700-7900 kg/m3) and sizes (10-100 μm). First, the parameters of the jet formed by an extremely slender axisymmetric nozzle are examined. Second, unsteady behaviors of jet-plate interactions are studied by a newly developed method of multi-exposure photography, combined with a synchronized pressure measurement on the surface of the plate. Three types of flow oscillations are found and studied by spectrometry of pressure variations in the shock layer. Special attention is focused on flow fields with a recirculating flow. In addition, the dynamics of particles are considered in steady and unsteady flows, both theoretically and experimentally. The formation of a cloud of particles ahead of the plate is studied for different conditions. Finally, particle-surface interactions are studied. Coating formation and the mechanism of impact-induced luminescence are discussed.
Keywords: Supersonic jet; shock wave; impinging jet; unsteady flow; particle dynamics; mechanoluminescence; multi-exposure photography

Other Languages

Partikelbeladene Überschallfreistrahlen, die senkrecht auf eine Platte auftreffen, werden untersucht. Hier wird ein Freistrahl bei Mach-Zahlen von 2,6-2,8 untersucht. Die Ruhetemperaturen liegen bei 300-500K. Die disperse Phase besteht aus festen Partikeln verschiedener Dichte (2700-7900kg/m3) und Größe (10-100 μm). Zuerst werden die Eigenschaften des Freistrahls, der durch eine extrem schlanke Düse erzeugt wird, analysiert. Daran anschließend wird das instationäre Verhalten der Strahl-Platten Wechselwirkung mittels einer neu entwickelten Methode der Mehrfachbelichtungsphotographie, die mit Druckmessungen auf der Plattenoberfläche synchronisiert wird, untersucht. Es zeigt sich, dass es drei Schwingungstypen gibt, die über eine spektroskopische Analyse der Druckvariationen in der Stoßschicht untersucht werden. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei auf solche Strömungsfelder gelegt, in denen in der Stoßschicht ein Rezirkulationsgebiet auftritt. In einem weiteren Abschnitt wird die Dynamik der Partikel sowohl in stationären als auch instationären Strömungen theoretisch und experimentell betrachtet. Dies betrifft insbesondere die Bildung einer Partikelwolke vor der Platte. Gegenstand des abschließenden Abschnitts ist die Wechselwirkung von Partikeln mit der Platte. Die Bildung einer Schicht und der Mechanismus von durch Partikelaufprall induzierter Lumineszenz werden diskutiert.
Schlagwörter: Überschallfreistrahl; Verdichtungsstoß; instationäre Strömung; Partikeldynamik; Mechanolumineszenz; Mehrfachbelichtungsphotographie
 

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