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

Abstract

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.