Jak się dowiedzieć, czy przepływ jest naddźwiękowy w dyszy?

W ramach projektu zbudowałem zbieżną dyszę rozbieżną zaprojektowaną dla liczby Macha = 3. W tym projekcie mogłem wiedzieć, że przepływ stał się naddźwiękowy, widząc manometr przymocowany między gardłem a rozbieżną sekcją (spadek ciśnienia, jako rozbieżna sekcja działa jak dysza dla przepływu naddźwiękowego).

Jednak to sprawiło, że pomyślałem: jeśli mam zbudować dyszę do celów napędowych (lub dowolnego praktycznego celu), nie jest pożądane, aby mieć w niej otwory na manometr, aby utrzymać jednolitą wytrzymałość. Moje obliczenia teoretyczne mówią mi, że przepływ powinien przejść naddźwiękowy i nie powinien być wstrząs w dyszy, ale podczas budowy wykończenie powierzchni, tolerancje geometryczne i ciśnienie zasilania mogą nie być tym, czego oczekuję. W takim razie, skąd mam wiedzieć, czy przepływ stał się naddźwiękowy?

Myślałem o następujących sposobach. Jak dotąd nie próbowałem żadnego z nich.

Korzystanie z rurki Pitota może nie być przydatne, ponieważ przed rurką nastąpi wstrząs dziobowy, jeśli w przypadku, gdy przepływ jest rzeczywiście naddźwiękowy (jak pokazano na rysunku), co zwiększy całkowite ciśnienie. Możemy zastosować wzór rurki Pityle'a Reyleigha , ale jak obliczyć ciśnienie statycznego swobodnego strumienia bez wpływu na przepływ / dyszę?
Fotografia Schlieren : Jeśli zobaczymy ukośne wstrząsy / diamenty uderzeniowe, wówczas wnioskujemy: „przepływ jest naddźwiękowy”. Działa to tylko wtedy, gdy funkcje wstrząsu są super jasne.

— Subodh
źródło

Myślę, że dobrze byłoby zadać 2 części tego pytania jako osobne pytania. W przypadku, gdy osoba odpowiadająca zna odpowiedź tylko na jedną część.

— dcorking

Kontrargument: te dwa są ze sobą ściśle powiązane, a osoba odpowiadająca, która wie, że jeden z nich prawdopodobnie ma odpowiedź na drugą. Głosowałem.

— Rick wspiera Monikę

@GeorgeHerold W pierwszej kwestii pomiar masy nie działa dobrze, ponieważ płyn jest ściśliwy, więc ustawienie objętości kontrolnej nie jest trywialną sprawą. Na rurce Pitota nie jest to kwestia wielkości, lecz faktyczna fizyka. Rurka Pitota zatrzymuje przepływ, a aby zatrzymać przepływ naddźwiękowy, najpierw przechodzi falę uderzeniową, co uniemożliwia rozsądne zmierzenie czegokolwiek przed falą uderzeniową po niej.

— Trevor Archibald

Subodh, czy zechciałbyś zredagować to pytanie, aby skupić się na części A i zadać nowe pytanie dotyczące części B? Możesz połączyć się z tym pytaniem z części B. Każdy, kto ma na ten temat opinię, może dołączyć do dyskusji na głównym czacie , zaczynając tutaj .

— Paul Gessler

Jasne! Sprawię, że część B stanie się nowym pytaniem .

— Subodh

Odpowiedzi:

Biorąc pod uwagę moje krótkie zaangażowanie w wstrząsy, wydaje mi się, że najbardziej prawdopodobnym rozwiązaniem byłoby zobrazowanie wydechu, prawdopodobnie optycznie, ale być może za pomocą interferometrii lub czegoś w zależności od tego, co to wydech. Najbardziej oczywistym wskazaniem, że masz przepływ naddźwiękowy jest to, że widzisz diament uderzeniowy . Myślę, że prawdopodobnie mógłbyś to rozwiązać na podstawie długości wydechu, ale nie pamiętam, jak to zrobić.

Alternatywnie możesz również spojrzeć na wygenerowany ciąg. Powinieneś być w stanie obliczyć oczekiwany ciąg. To właśnie robią podczas testowania rakiet / silników odrzutowych, ponieważ tak naprawdę nie obchodzi ich, czy przepływ jest naddźwiękowy, tylko że wytwarza wystarczającą moc.

Prostym sposobem dla rur jest po prostu pomiar przepływu wyjściowego. Jest to rura, więc przepływ powinien być stały. Jednak w praktyce podejrzewam, że długie rury mają również regularne luki inspekcyjne / obszary, w których mierzą przepływ w celu sprawdzenia szczelności / uszkodzeń.

— nivag
źródło

Proszę przenieść sekcję rury odpowiedzi na nowe pytanie

— Subodha

To naprawdę fajny eksperyment myślowy! Ogólnie twierdzę, że wystarczy wiedzieć:

$p_t$
$p_\infty$

$M=1$

\frac{p_{\infty}}{p_{t}} \leq 0.528, assuming two-atomic-gas with γ = 1.4 in \frac{p^{*}}{p_{t}} = {(\frac{2}{γ + 1})}^{γ / (γ - 1)}

$\frac{p_\infty}{p_t}\leq 0.528 \quad, \text{assuming two-atomic-gas with } \gamma=1.4 \text{ in } \frac{p^*}{p_t}=\left(\frac{2}{\gamma+1}\right)^{\gamma/(\gamma-1)}$

Patrząc na równania dla stałego przepływu ściśliwego 1D, istnieje tylko jedno rozwiązanie, więc jedynym sposobem, aby przepływ nie osiągnął prędkości dźwiękowej, byłaby duża całkowita strata ciśnienia, tak aby stosunek krytyczny nigdy nie został osiągnięty.

Jeśli chodzi o ciąg, odpowiedź na twoje pytanie jest nieco bardziej skomplikowana, ponieważ różne konfiguracje (zbyt / słabo rozwinięte) lub geometrie (np. Podwójny dzwonek).

Jeśli chodzi o pomiary, warto przyjrzeć się akustycznym systemom pomiaru prędkości powietrza.

— rul30
źródło

Jeśli nadal szukasz odpowiedzi,

Możesz zachować dobrze zaprojektowany klin, ze statycznymi otworami na powierzchni klina, ósma 1. powierzchnia klina jest wyrównana z osią przepływu lub 2. wyrównana linia symetryczna z osią przepływu. będziesz miał ciśnienie Pitota z rurki Pitota Raleigha.

$\theta$ $P_0$ $P_{\infty}$ $\beta$ $M$

— mustang
źródło