PIV 및 컬러 쉴리렌 기법을 이용한 초음속 제트 관측

PIV Measurement and Color Schlieren Observation of Supersonic Jets

본 연구는 C-D 노즐로부터 발생하는 초음속 제트 유동을 가시화하는데 목표가 있다. 본 실험에서 PIV를 이용하여 정량적인 제트의 결과를 얻어 쉴리렌 기법을 통해 얻은 정성적 결과와 비교하여 나타내었다. 컬러 쉴리렌은 $0.5{\mu}s$의 스파크 광원을 이용하였다. $M_d=2.0,2.2$의 C-D 노즐에 대해 다양한 압력비($p_0/p_b=5$, 6, 7, 8)를 적용하여 발생하는 제트에 대해 가시화 실험을 수행하였다. 가시화 결과, 제트의 주된 특성인 과팽창 제트, 부족팽창 제트, 음파 등이 관측 되었다.

The present work aims at visualization of the supersonic air jet flows discharged from C-D nozzles. In the present experiments, Prticle Image Velocimetry (PIV) was employed to specify the jet flow field quantitatively, and a color Schlieren optical method was applied to observe the same jets qualitatively. The $0.5{\mu}s$ duration of spark light source was used for Schlieren and it can be controled as $0.5{\mu}s$, $1{\mu}s$, $2{\mu}s$ and focusing mode. The convergent-divergent nozzles were used to generate the jet flow with the design Mach number of 2.0, 2.2. Nozzle pressure ratios (NPRs) were varied from 5 to 8. A good comparison of the jet size and shock location from the Schlieren images with the PIV quantitative values is obtained. The obtained images clearly showed the major features of the under-expanded jet, over-expanded jet, sound wave, turbulent eddies and so on.