Flujo supersónico sobre una placa plana

El flujo supersónico sobre una placa plana es un problema clásico de dinámica de fluidos y no tiene una solución exacta.

Cuando un fluido fluye a la velocidad del sonido sobre una placa plana delgada y afilada sobre el borde de ataque con un ángulo de incidencia bajo y un número de Reynolds bajo , se desarrollará una capa límite laminar en el borde de ataque de la placa. Y como hay una capa límite viscosa, la placa tendrá una capa límite ficticia de modo que se generará una onda de choque inducida curva en el borde de ataque de la placa. La capa de choque es la región entre la superficie de la placa y la capa límite. Esta capa de choque se subdivide a su vez en capas de flujo viscoso y no viscoso, según los valores del número de Mach , el número de Reynolds y la temperatura de la superficie. Sin embargo, si toda la capa es viscosa, se denomina capa de choque fusionada.

Este problema de dinámica de fluidos se puede resolver mediante diferentes métodos numéricos. Sin embargo, para resolverlo con métodos numéricos se deben considerar varias suposiciones. Y como resultado, se determinan las propiedades de la capa de choque y la ubicación del choque. Los resultados varían con uno o más de uno de los cambios de viscosidad del fluido, número de Mach y ángulo de incidencia. Generalmente, para grandes ángulos de incidencia, la variación del número de Reynolds tiene efectos significativos en el cambio de las variables de flujo, mientras que los efectos viscosos son dominantes en la superficie superior de la placa, así como detrás del borde posterior de la placa.

Diferentes experimentadores obtienen resultados diferentes según las suposiciones que hayan hecho para resolver el problema.

El método principal que generalmente se utiliza para este problema:

Este método implica el uso de la ecuación de Navier-Stokes dependiente del tiempo , que es ventajosa debido a su capacidad inherente de evolucionar hacia la solución correcta en estado estacionario. Se necesitan las ecuaciones de continuidad, momento y energía y algunas otras ecuaciones situacionales para resolver el problema. Se aplica la técnica de marcha temporal de MacCormack y luego, utilizando la expansión de la serie de Taylor, se avanzan las variables del campo de flujo en cada punto de la cuadrícula. Luego, se aplican las condiciones de contorno iniciales y la resolución de las ecuaciones convergerá a resultados aproximados. Estas ecuaciones se pueden resolver utilizando diferentes algoritmos para obtener resultados mejores y más eficientes con errores mínimos.

• Sobre el flujo en la capa límite que supera obstáculos bidimensionales Por FT SMITH, Departamento de Matemáticas, Imperial College, Londres SW7 2BZ PWM BRIGHTON, PS JACKSONS Y J. c . R. HUNT http://www.cpom.org/people/jcrh/jfm-113
• Estudio numérico del flujo supersónico viscoso que pasa por una placa plana en ángulos de incidencia grandes Por D. Drikakis y F. Durst Lehrstuhlfiir Stromungsmechanik, Universitat Erlangen-Niirnberg, Cauerstrasse. 4, D-91058 Erlangen, Alemania https://www.deepdive.com/search?author=Durst%2C+F.&numPerPage=25
• Receptividad de una capa límite supersónica sobre una placa plana. Parte 1. Estructuras de ondas e interacciones Por YANBAO MA Y XIAOLIN ZHONG Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, Universidad de California, Los Ángeles, CA 90095 EE. UU. http://www.journals.cambridge.org/article_S0022112003004786
• Dinámica de fluidos computacional: conceptos básicos con aplicaciones Por John D. Anderson, Jr.