2019年4月24日
在研究中围绕过高速度行驶的气体流动的化学反应研究，科学家伊利诺伊大学使用可持续的技术来获得更好地了解化学反应在改变围绕双楔形的超声波流动的不稳定流动中的作用。
粘性耗散的空间分布。（图片信用：伊利诺伊大学，Urbana-Champaign）
我们用了8倍，这是一件好事实验者不能做压力减小。在实际的腔室中，他们试图降低压力，但不能降低它，因为设备被设计成在某个区域内操作。如果压力太低，它们无法操作它。当我们减少模拟中的压力时，我们发现流量的不稳定性平静下来。我们仍然有很多志性结构分离泡沫和漩涡 - 它们仍然存在。但数据更具易行，在他们的时间变化方面更加理解。
伊利诺伊大学航空航天工程系研究员Deborah Levin。
Levin与她之前的博士生ozgur tumuklu进行了研究，以及利物浦大学的Vassilis Theofilis。
直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法-高保真物理技术-被用于再现高超音速流动。然而，就像任何其他的方法，它有优点和缺点。一个缺点是，它形成通过收集大量的碰撞数据，创造令纸和粒子数据的令纸的流动，与统计噪声在一起。
将DSMC结果馈入窗口适当的正交分解程序，其示例称为减少的订单模型，以便对DSMC的时间行为的分析更加可行。
“这是一个非常聪明的方法，更具易行，可以减少计算工作，”莱文说。“之前，我们有这种技术，我们希望选择压力，密度和温度的三维数据，其在整个在车辆的外部形状在整个流变化。我们会坐在在每个时间步长流，并收集数据不同的位置。它卷起是一个寻宝，你看这里，你看那里，无论你觉得有流量，你可以看到一些变化的敏感部位。
“使用WPOD的主要区别在于，它组织所有的空间数据，这正在改变，因为时间的函数的，它给你一些想法，以它认为是衰减模式“莱文报道。
除了这种新技术的应用推断数据外，研究小组是否获得了在过度流动中发生的化学反应的新见解。该研究考察三种类型的气体的组合物，分子氮，氧解离和一氧化氮的交换反应，和非反应含有分子氮和氧的空气反应的空气。
我们了解了振动温度。这些通常很难计算。我们学到了能预测的化学物质，像一氧化氮一个在气相中的化合物，这是只有在非常少量存在。它在高超音速产生了一出千个颗粒。欧洲杯猜球平台这不是一个主要组成部分，如79％的氮，但它是非常重要的，我们希望能够预测它。使用这种技术，我们能够这样更容易做到这一点。正因为如此，我们能够明白化学的作用是在一氧化氮产生的流量，以及如何影响不同的稳定模式。
伊利诺伊大学航空航天工程系研究员Deborah Levin。
Tumuklu通过保存帧中的所有数据来生产短视频，后来加速它以展示流动随时间的发展方式。难以缺乏经验的眼睛，但莱文表示，视频显示了对没有化学反应的氮壳的冲击相互作用的方式和79％氮和21％氧气的反应的方式显示出氮壳的差异the composition of air in Earth’s atmosphere.
“还有一个叫通过对视频中的红点代表的“三相点”功能。如果你看看密切，在两个视频，在氮情况下，三相点永远不会发生变化;它停留在一个位置，而关于它的一切动作。“
“但在反应空气的情况下，三相点不动。它来回振荡与一切仍然围绕它运动，“莱文说。“这告诉我们有效的化学反应是什么。它们正在将额外的热量或能量倾倒到流动中，这会改变不稳定，不稳定的行为。“
依莱，飞机设计师的超安全标准，以弥补不知道正确的要求 - 例如，所需的热屏蔽的最小厚度。
最终，通过这项基础研究，我们将获得一些答案，为设计级别的人员提供一些拇指规则。它们不必运行PetaScale计算，但他们会知道，如果他们在某些位置对攻击角度有某些形状，他们需要担心在设计航天器以安全再入到地球的大气或其他环境中时担心不稳定性。它们可能会拍摄襟翼或重新定位用于控制表面的襟翼以最小化或防止稳定性。
伊利诺伊大学航空航天工程系研究员Deborah Levin。
这项研究，“模态分析与在双楔超音速分离流动的正交分解，”从英国利物浦大学进行的德博拉·莱文和来自伊利诺伊大学Özgür的Tumuklu和瓦西里斯Theofilis。这是发表在杂志物理评论流体。
科学研究空军办公室支持这个项目。