Şok dalgaları şok edici olmamalıdır; bilimsel alanlardaki mühendislerin, hasarı önlemek için anlık ve güçlü basınç değişikliklerinin nasıl başlayıp nasıl dağılacağını kesin olarak tahmin edebilmeleri gerekir. Artık Yokohama Ulusal Üniversitesi’nden bir ekip sayesinde bu tahminler daha da iyi anlaşılıyor.
19 Ağustos’ta yayınlanan çalışmada Akışkanlar FiziğiAraştırmacılar, şok dalgası davranışını simüle etmek için kullanılan hesaplamalı modellerin, çok zayıf şok dalgalarını hem teorik tahminlerden hem de fiziksel ölçümlerden belirgin şekilde farklı bir şekilde nasıl temsil ettiğini ayrıntılı olarak açıkladı.
Şok dalgaları, bir patlamadan veya süpersonik bir jet gibi sesten daha hızlı hareket eden bir nesneden çıkan basıncı içerir. Zayıf şok dalgaları basınç, yoğunluk ve hızdaki aynı değişiklikleri ifade eder, ancak bunlar daha büyük dalgalardan çok daha küçüktür ve ses hızına yaklaşır. Bununla birlikte, Yokohama Ulusal Üniversitesi Mühendislik Fakültesi profesörü Keiichi Kitamura’ya göre, mevcut hesaplamalı modelleme yaklaşımları bu çok zayıf şok dalgalarını doğru bir şekilde temsil etmekte zorluk çekiyor.
Yokohama Ulusal Üniversitesi Mühendislik Fakültesi profesörü Keiichi Kitamura, “Şok dalgaları anlık sıkıştırmaya neden olarak entropinin artmasına neden olur; bu nedenle şok dalgalarını içeren akışların hassas hesaplamaları çok önemlidir” dedi.
Entropi, beklenen fiziksel davranışlarla çelişkili görünen, dalga hareket ettikçe artan düzensizliği ifade eder. Kitamura’ya göre bu bozukluk, şok dalgası simülasyonlarının merkezinde yer alıyor. Geleneksel hesaplamalı yaklaşımlar, çok zayıf şok dalgalarını dağınık olarak sınıflandırır, ancak bu etiket, dalganın özellikle hareket ettikçe daha incelikli değişkenlerini hesaba katmaz.
Kitamura, sonlu hacim yöntemlerinin hesaplamalı bir gösterimde kullanılan belirli hücre sayısına atıfta bulunduğunu açıklayarak, “Sonlu hacim yöntemleri, şok süreksizliklerinde bile değişkenleri koruyabildiklerinden sayısal simülasyonlardaki süreksizliği gidermek için yaygın olarak kullanılır.” dedi. “Ancak, sonlu hacim yöntemlerini kullanarak şok dalgalarını hesaplamak her zaman kararlı değildir ve belirli koşullar altında süreksiz doğaları nedeniyle zorluklar ortaya çıkarır.”
Sayısal olarak temsil edilen şok dalgalarının belirli özelliklerinin anlaşılmasına odaklanan bir analizde araştırmacılar, hareketli bir şok dalgasının son durumunun üç rejime göre sınıflandırılabileceğini buldu: dağılmış, geçişli ve zayıf yakalanmış. Kitamura, sorgulanmamış sayısal simülasyonların, bir şok dalgasının varsayılan fiziksel parametrelerini hesaplanan entropiyle eşleştirmek için otomatik olarak ayarladığını söyledi.
Kitamura, “Bu çalışma, dağınık zayıf şokların mekanizmasını tanımladı; bu, sayısal olarak ifade edilen şok dalgaları içindeki entropi üretim sürecinden kaynaklandı.” dedi. “Bulgularımız teorik ve fiziksel zayıf şok dalgaları arasındaki anlayış boşluğunu kapatacak ve bu da gelecekteki roketlerin ve süpersonik uçakların daha güvenli, daha ekonomik ve daha doğru tasarımlarına potansiyel olarak katkıda bulunabilecek.”
Kanada’daki Université de Sherbrooke Makine Mühendisliği Bölümü’nde doktora sonrası araştırmacı olan Gaku Fukushima, bu makalenin sorumlu yazarı olarak görev yaptı. Araştırmanın yapıldığı sırada Fukushima, Yokohama Ulusal Üniversitesi’nde Japonya Bilimi Teşvik Topluluğu’nda doktora sonrası araştırmacı olarak çalışıyordu.
