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.

1. 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?

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.

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.

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

• $p_t$
• $p_\infty$

$M=1$

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.

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$