Bir nozüldeki akışın süpersonik olup olmadığını nasıl anlarım?

Bir proje için Mach sayısı = 3 için tasarlanan bir yakınsak uçlu nozül inşa ettim . Bu projede, boğaz ile ıraksak kısım arasına sabitlenmiş manometreyi görerek akışın süpersonik hale geldiğini biliyordum (ıraksak kısım olarak basınç düşüşü) süpersonik akış için bir nozül gibi davranır).

Bununla birlikte, bu beni düşündürdü, İtici amaç için (veya herhangi bir pratik amaç için) bir nozül inşa edeceksem, muntazam mukavemeti korumak için manometrede delik olması istenmez. Teorik hesaplarım bana akışın süpersonik olması gerektiğini ve nozüldeki şok olmamasını söylüyor, ancak inşaat sırasında yüzey kalitesi, geometrik toleranslar ve besleme basıncı beklediğim gibi olmayabilir. Bu durumda, akışın süpersonik olup olmadığını nasıl bilebilirim?

Aşağıdaki yolları düşündüm. Şimdiye kadar hiçbirini denemedim.

1. Pitot tüpü kullanmak, akışın gerçekten süpersonik olması durumunda (şekilde gösterildiği gibi) toplam basıncı artıracak şekilde tüpün önünde bir yay şoku olacağından faydalı olmayabilir . Reyleigh pitot tüpü formülünü kullanabiliriz , ancak akış / memeyi etkilemeden statik serbest akış basıncını nasıl hesaplayabiliriz?

2. Schlieren Photography : Eğik şoklar / şok elmasları görürsek, çıkarım şöyle olacaktır: 'akış süpersoniktir'. Bu sadece şok özellikleri çok net olduğunda işe yarayacaktır.

Şoklara kısa süreli katılımımdan, en muhtemel çözümün egzozun muhtemelen optik olarak görüntülenmesi, ancak belki de egzozun ne olduğuna bağlı olarak interferometri veya başka bir şey kullanmak olduğunu düşünüyorum. Süpersonik akışa sahip olduğunuzun en açık göstergesi, bir şok elması görebiliyor olmanızdır . Sanırım egzozun uzunluğundan da çözebilirsin ama nasıl olduğunu hatırlayamıyorum.

Alternatif olarak, üretilen baskıya da bakabilirsiniz. Beklenen baskıyı hesaplayabilmelisiniz. Bu, roketleri / jet motorlarını test ederken yaptıkları şeydir, çünkü akışın süpersonik olup olmadığını umursamıyorlar, sadece yeterli güç üretiyorlardı.

Borular için basit yol, sadece çıkış akışını ölçmektir. Onun bir borusudur, böylece akış sabit olmalıdır. Bununla birlikte, pratikte uzun boruların ayrıca sızıntıları / arızaları kontrol etmek için akışı bir şekilde ölçtüğü düzenli kontrol ambarlarına / alanlarına sahip olduğundan şüpheleniyorum.

Bu gerçekten güzel bir düşünce deneyi! Genel olarak şunu bilmenizi isterim:

• Toplam Basınç ( )$p_t$
• Statik / Ortam Basıncı ( içine genişlediğiniz )$p_\infty$

Belirsizlikleri (veya toleransları) dikkate alarak, akışınızın boğazda ulaşıp ulaşmadığını (veya bunun ne kadar muhtemel olmadığını) bileceksiniz .$M=1$

1D sabit sıkıştırılabilir akış için denklemlere baktığımızda, tek bir çözüm vardır, bu nedenle akışın sonik hıza ulaşmaması için tek yol, kritik oranın asla elde edilmemesi için büyük bir toplam basınç kaybı olacaktır.

İtme ile ilgili olarak, sorunuzun cevabı, farklı kurulumlar (aşırı / düşük genişletilmiş) veya geometriler (örneğin çift zil) olduğundan biraz daha karmaşıktır.

Ölçümle ilgili olarak, akustik hava hızı ölçüm sistemlerine bakmak isteyebilirsiniz.

Hala cevap arıyorsan,

Kama yüzeyinde statik deliklere sahip, iyi tasarlanmış bir kama tutabilirsiniz, kamanın yüzeyi 1. akış ekseni ile hizalanmış veya akış ekseni ile 2. hizalanmış simetrik çizgiyle. Raleigh pitot tüpünden pitot basıncına sahip olacaksınız.

Şimdi statik basıncını doğrudan 1. veya 2. durumda ölçebilirsiniz. Bilinen kama açısı ( ), & değerlerine sahip Eğik şok ilişkileri ile eğik şok açısını ( ) ve Mach sayısını elde edersiniz. ( ).P 0 P ∞ β $\theta$$P_0$$P_{\infty}$$\beta$$M$