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
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
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.
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.