¿Qué es un tubo de choque?

Un tubo de choque es un instrumento utilizado para estudiar las reacciones de combustión en fase gaseosa y el flujo aerodinámico. En su forma más simple, un tubo de choque es un tubo de metal con un diafragma, una barrera semiflexible, que separa un gas a alta presión de un gas a baja presión. Para comenzar un experimento, el diafragma se rompe, causando que una onda de choque viaje a través del gas de baja presión.

En los experimentos que utilizan un tubo de choque, el gas a alta presión se conoce como el gas impulsor, mientras que el gas a baja presión es el gas impulsado. Los gases no necesitan ser de la misma composición química. Los gases se bombean dentro o fuera del tubo a cada lado del diafragma hasta que se alcanza la presión deseada en cada lado. Para comenzar un experimento con un tubo de choque, el diafragma puede romperse usando un émbolo con una cuchilla unida, aunque el mecanismo requerido es complejo. Muchos experimentos usan un diafragma ranurado, diseñado para romperse cuando se alcanza una cierta presión dentro del tubo, o usan gases combustibles en el impulsor para reventar el diafragma.

Cuando el diafragma en un tubo se rompe, una onda de choque, una perturbación abrupta y propagante, viaja al gas impulsado. La temperatura y la presión del gas impulsado también aumentan, y la onda de choque induce un flujo aerodinámico en la dirección de la onda de choque, pero a una velocidad o velocidad menor. Una disminución en la propagación de la presión, llamada onda de rarefacción o ventilador de expansión, regresa al gas impulsor. La superficie de contacto, el límite entre el gas impulsor y el gas impulsado, viaja hacia el gas impulsado, justo detrás del frente de choque, definiendo el borde de la onda de choque.

Cuando la onda de choque llega al final de un tubo, se refleja, viaja de regreso al gas impulsor y provoca un aumento aún mayor de temperatura, presión y densidad. Usar un tanque de descarga para absorber la onda de choque reflejada puede evitar esta reacción. Después de que se ha creado la onda de choque, el gas en el tubo de choque se retira y se estudia para observar los efectos de la alta presión y temperatura. También se puede usar un tubo de choque para estudiar los efectos de la combustión sobre partículas sólidas, que se insertan en el tubo antes de que se rompa el diafragma.

También se puede usar un tubo de choque para estudiar el flujo aerodinámico del gas impulsado detrás de la onda de choque. La combustión ocurre muy rápido. Como resultado, hay un tiempo limitado para observar el flujo aerodinámico, generalmente solo unos pocos milisegundos.