Abstract
Shock tube flow measurement has been often hampered a finite opening time of diaphragm, but there is no systematic work to investigate its effect on the shock tube flow. In the present study, both the experimental and computational works have been performed on the shock tube flows at low pressure ratios. The computational analysis has been performed using the two-dimensional, unsteady, compressible Navier-Stokes equations, based upon a TVD MUSCL finite difference scheme. It is known that the present computational results reproduce the experimental data with good accuracy and simulate successfully the process of diaphragm opening as a function of time. The concept of an imaginary center is introduced to quantify the non-centered expansion wave due to a finite opening time of diaphragm. The results obtained show that the diaphragm opening time is reduced as the initial pressure ratio of shock tube increases, leading to the effect of a finite opening time of diaphragm to be more remarkable at low pressure ratios.
충격파관 유동의 측정결과는 격막의 유한 파막 시간에 의하여 영향을 받게 된다. 그러나 지금까지 이에 관한 구체적인 연구사례는 많지 않다. 본 연구에서는 저압력비에서 작동하는 충격파관의 유동을 조사하기 위하여, 실험 및 수치해석을 수행하였다. 수치해석에서는 2차원 비정상 압축성 Navier-Stokes 방정식에 TVD MUSCL 유한차분법을 적용하였다. 본 수치해석 결과는 충격파관의 실험결과를 잘 예측하였으며, 충격파관의 파막 과정을 시간의 함수로 적절히 모사할 수 있었다. 본 연구에서는 유한의 파막 시간으로 인하여 발생하는 Non-centered 팽창파의 특성을 정량화하기 위하여 가상중심의 개념을 적용하였다. 본 연구로부터 충격파관의 압력비가 증가할수록 파막 시간은 감소하였으며, 충격파관 유동에 미치는 파막 시간의 영향은 저압력비에서 현저하게 나타나게 됨을 알았다.
