بررسی موردی اثر پارامترهای فیزیکی لوله تشدید هارتمن- اسپرنجر مخروطی بر جریان داخلی و عملکرد حرارتی دستگاه

لوله هارتمن-اسپرنجر دستگاهی است که در آن جریان جت فرومنبسط وارد لوله ای با انتهای بسته می شود که در فاصله مشخصی از نازل قرار گرفته است. در شرایط خاص، تولید حرارت متمرکز درون لوله قابل مشاهده است که منجر به افزایش دمای سریع درون لوله می شود و می تواند در کاربردهای مهندسی نظیر آتش زنه های آکوستیکی مورد استفاده قرار بگیرد. در پژوهش حاضر، عملکرد حرارتی دستگاه برای مجموعه ای از شش نمونه مختلف از لوله های تشدید با پارامترهای فیزیکی متفاوت مورد تحلیل قرار گرفته است. پارامترهای تغییر یافته عبارتند از جنس لوله، طول لوله، فاصله لوله از نازل و شرایط دیوار انتهای لوله که می تواند بصورت کاملا بسته و یا همراه با یک سوراخ ریز برای استخراج گاز داغ باشد. در تمامی نمونه ها، شکل داخلی لوله بصورت مخروطی انتخاب شده است. مدل سازی عددی در کنار آزمایشات تجربی بر روی این نمونه ها انجام گرفته و نتایج برای بررسی تاثیر پارامترهای مذکور بر دمای قابل حصول در انتهای لوله و مکانیزم داخلی جریان مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مهمترین عامل افزایش دما، وجود جریان نوسانی همراه با عبور امواج شوک قوی درون لوله است. با تغییر فاصله لوله و نازل، جریان نوسانی حذف شده و اثری از افزایش دما مشاهده نمی شود. وجود یک سوراخ ریز در انتهای لوله همچون استفاده از لوله های کوتا ه تر، باعث کاهش دمای قابل دستیابی درون لوله می شود. فرکانس نوسانات برای لوله های بلندتر نزدیک به فرکانس تشدید لوله است. همچنین استفاده از مواد با ضریب انتقال حرارت پایین، سبب افزایش دما درون لوله خواهد شد.