Según un nuevo estudio dirigido por un equipo de la Universidad de Nuevo México, las leyes centenarias sobre el comportamiento de mezclas de gases no se aplican en presencia de ondas de choque.
Este hallazgo podría tener un impacto potencial en todo lo que involucre mezclas de gases expuestos a una onda de choque, por ejemplo, durante la combustión en un motor. Esto también es relevante para explosiones convencionales y nucleares, chorros supersónicos, plantas de reactores nucleares refrigerados por gas yfusión confinada inercialmente.
El estudio, realizado en la UNM, involucró la premezcla de dos gases con propiedades dramáticamente diferentes: helio ligero y hexafluoruro de azufre pesado y viscoso. El equipo caracterizó las propiedades de la mezcla resultante, que concordaba bien con la teoría clásica, luego una onda de choquese introdujo, y la temperatura y la presión del medio acelerado por choque se midieron durante varios milisegundos, un tiempo corto para pensar en términos normales, pero un intervalo largo en comparación con las escalas de tiempo asociadas con el paso de la onda de choque.que la temperatura y la presión después de la compresión del choque no coincidieron con lo que se habría esperado de las predicciones de cualquiera de las dos leyes teóricas clásicas: la de Dalton o la de Amagat.
La ley de volúmenes parciales del físico francés Emile Hilaire Amagat de 1880 establece que el volumen total de una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes parciales que ocuparía cada gas si existiera solo a la temperatura y presión de la mezcla. Y en1802, el científico John Dalton declaró que la presión total en una mezcla de gases no reactivos, a temperatura y volumen constantes, es igual a la suma de las presiones parciales de los gases componentes.
"Nuestro estudio encontró que las leyes clásicas utilizadas para predecir las propiedades de la mezcla de gases no funcionan en una situación bastante común y prácticamente importante", dijo Vorobieff.
La razón de los desacuerdos es que ninguna de las leyes clásicas puede describir con precisión lo que sucede a nivel molecular, dijo. Consideraciones simples de escalas de tiempo de la teoría molecular cinética, y cómo se ven afectadas por la aceleración del choque, parecen proporcionar al menos unaexplicación de las observaciones experimentales. Vorobieff dijo que, aunque este es un primer paso sólido, las implicaciones finales aún no se han determinado, y se requiere mucho más estudio. Los posibles impactos podrían significar un cambio de diseño en mecanismos como los motores que tienen en cuenta cómo el impactolas ondas afectan las propiedades de la mezcla de gases.
"Nuestro trabajo ha demostrado que la teoría clásica de la mezcla de gases no funciona en flujos acelerados por choque y posiblemente otros flujos compresibles", dijo Vorobieff. "Debemos realizar experimentos con más mezclas de gases y una gama más amplia de condiciones para explorar el alcance de laproblema y desarrollar una teoría que explique nuestras observaciones. "
Los resultados se publicaron recientemente en avances científicos . Los autores del artículo son Patrick Wayne, Daniel Freelong, Gregory Vigil, Timothy Clark, Peter Vorobieff y C. Randall Truman del Departamento de Ingeniería Mecánica de la UNM; Sean Cooper, J. Mike Walker '66 Departamento de Ingeniería Mecánica,Universidad de Texas A&M; Dylan Simons, Departamento de Aeronáutica y Astronáutica, Instituto de Tecnología de la Fuerza Aérea; Ignacio Trueba-Monje, Departamento de Ingeniería Aeroespacial, Universidad Estatal de Ohio; y Vladimir Vorob'ev, Instituto Conjunto para Altas Temperaturas, Academia de Ciencias de Rusia.El financiamiento para este proyecto fue proporcionado por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nuevo México . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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