Как узнать, является ли поток сверхзвуковым в сопле?

Для проекта я построил сходящуюся расходящуюся насадку, рассчитанную на число Маха = 3. В этом проекте я мог бы узнать, что поток стал сверхзвуковым, увидев манометр, зафиксированный между горлом и расходящейся секцией (падение давления, как расходящейся секцией) действует как насадка для сверхзвукового потока).

Однако, это заставило меня задуматься: если я собираюсь построить форсунку для двигательной установки (или для любой практической цели), нежелательно иметь в ней отверстия для манометра, чтобы поддерживать равномерную прочность. Мои теоретические расчеты говорят мне, что поток должен идти сверхзвуковым и не иметь ударов в сопле, но при сборке качество поверхности, геометрические допуски и давление подачи могут не соответствовать моим ожиданиям. В таком случае, как я узнаю, что поток стал сверхзвуковым?

Я думал о следующих путях. До сих пор я не пробовал ни один из них.

Использование трубки Пито может быть бесполезным, поскольку перед трубой будет удар изгиба, если поток действительно сверхзвуковой (как показано на рисунке), что приведет к увеличению общего давления. Мы можем использовать формулу трубки Релея-Пито , но как рассчитать статическое давление свободного потока, не влияя на поток / сопло?
Фотография Шлирена : Если мы видим косые удары / ударные алмазы, то вывод будет: «поток сверхзвуковой». Это будет работать только тогда, когда шоковые функции очень четкие.

— Subodh
источник

Я думаю, что было бы хорошо задать две части этого вопроса как отдельные вопросы. В случае, если ответчик знает ответ только на одну часть.

— dcorking

Контраргумент: оба довольно переплетены, и ответчик, который знает одно, очень вероятно, будет иметь ответ на другой. Я проголосовал.

— Рик поддерживает Монику

@GeorgeHerold Что касается первой проблемы, измерение массы не работает должным образом, поскольку жидкость сжимаема, поэтому настройка контрольного объема не является простой задачей. На трубе Пито дело не в размерах, а в реальной физике. Трубка Пито останавливает поток, и чтобы остановить сверхзвуковой поток, он сначала проходит через ударную волну, которая препятствует разумному измерению чего-либо до того, как ударная волна будет после нее.

— Тревор Арчибальд

Subodh, вы хотели бы отредактировать этот вопрос, чтобы сосредоточиться на части A и задать новый вопрос о части B? Вы можете сделать ссылку на этот вопрос из части В. Любой, у кого есть мнения по этому поводу, может присоединиться к обсуждению в основном чате , начиная с этой страницы .

— Пол Гесслер

Конечно !, я сделаю часть B новым вопросом .

— Subodh

Ответы:

Из моего краткого участия в потрясениях, я думаю, что наиболее вероятным решением было бы изобразить выхлоп, возможно, оптически, но, возможно, используя интерферометрию или что-то в зависимости от того, что такое выхлоп. Самый очевидный признак того, что у вас сверхзвуковой поток, - это если вы видите ударный алмаз . Я думаю, вы могли бы также решить это из длины выхлопа, но я не могу вспомнить, как.

В качестве альтернативы вы также можете посмотреть на генерируемую тягу. Вы должны быть в состоянии рассчитать ожидаемую тягу. Это то, что они делают при тестировании ракет / реактивных двигателей, поскольку им на самом деле все равно, является ли поток сверхзвуковым, просто он генерирует достаточно энергии.

Простой способ для труб - просто измерить выходной поток. Это труба, поэтому поток должен быть постоянным. Однако на практике я подозреваю, что на длинных трубах также имеются регулярные смотровые люки / участки, где они каким-то образом измеряют поток для проверки на утечки / неисправности.

— nivag
источник

Пожалуйста,

— перенесите

Это действительно хороший мысленный эксперимент! В общем, я бы сказал, что вам нужно только знать:

$p_t$
$p_\infty$

$M=1$

\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)}

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

Глядя на уравнения для одномерного стационарного сжимаемого потока, есть только одно решение, поэтому единственный способ для потока не достигать скорости звука - это большая потеря общего давления, так что критическое отношение никогда не будет достигнуто.

Что касается тяги, то ответ на ваш вопрос немного сложнее, так как различные настройки (более / менее расширенные) или геометрии (например, двойной колокол).

Что касается измерений, возможно, вы захотите взглянуть на акустические системы измерения скорости воздуха.

— rul30
источник

Если вы все еще ищете ответ,

Вы могли бы сохранить хорошо спроектированный клин со статическими отверстиями на поверхности клина, восемь 1. поверхность клина совмещена с осью потока или 2. выровнена симметричной линией с осью потока. у вас будет давление Пито из трубки Питера Роли.

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

— мустанг
источник