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Impacto del ángulo de la lente y la geometría de la boquilla en el enfoque aerodinámico: un estudio numérico

Autores: Vannavong, Apolo; Griffin, Harrison; Wang, Xiaoliang; Hadj-Nacer, Mustafa

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico


Categoría

Ciencias Naturales y Subdisciplinas

Subcategoría

Astronomía

Palabras clave

Placa delgada
Orificios
Lentes aerodinámicas
Dinámica de fluidos computacional
Rendimiento de enfoque
Geometría de boquilla

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 9

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las orificios de placa delgada de borde recto (ángulo de medio 90 grados) se utilizan como elementos de enfoque en la mayoría de las lentes aerodinámicas. Son simples de fabricar y tienen menos efectos de capa límite en comparación con otras geometrías, como capilares y orificios convergentes y divergentes. Este estudio presenta la primera evaluación sistemática del rendimiento de enfoque de lentes a través de un amplio rango de ángulos medios. Se utilizaron simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) y seguimiento de partículas lagrangianas para investigar el enfoque aerodinámico de orificios convergentes, de borde recto y divergentes con ángulos medios que varían de 30 grados a 150 grados en dos números de Reynolds (50 y 100) y tres números de Mach (0.03, 0.1 y 0.3). Los resultados muestran que el número de Stokes óptimo para partículas cercanas al eje tiene pequeñas diferencias entre el orificio de borde recto y los orificios convergentes o divergentes, lo que indica pequeños cambios en el comportamiento de enfoque para diferentes geometrías de orificio. Este estudio también optimizó las dimensiones de la boquilla de salida para mejorar el enfoque. Se simularon varios ratios de aspecto radial de la boquilla y longitudes de constricción de la boquilla en un dominio bidimensional axisimétrico. Se identificó la geometría óptima para generar los haces de partículas menos divergentes y mantener las mayores eficiencias de transmisión para partículas de 10 nm a 10 m. Identificar tal geometría de boquilla es crítico para futuros diseños de lentes de enfoque aerodinámico más eficientes.

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