Как узнать, является ли поток сверхзвуковым в сопле?

21

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.

  1. Использование трубки Пито может быть бесполезным, поскольку перед трубой будет удар изгиба, если поток действительно сверхзвуковой (как показано на рисунке), введите описание изображения здесьчто приведет к увеличению общего давления. Мы можем использовать формулу трубки Релея-Пито , но как рассчитать статическое давление свободного потока, не влияя на поток / сопло?

  2. 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
2
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
1
@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
2
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
1
Конечно !, я сделаю часть B новым вопросом .
Subodh

Ответы:

7

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
2

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

  • pt
  • p

M=1

ppt0.528,assuming two-atomic-gas with γ=1.4 in ppt=(2γ+1)γ/(γ1)

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
0

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.

θP0PβM

мустанг
источник