Woher wissen Sie, ob die Strömung in einer Düse Ultraschall ist?

Für ein Projekt hatte ich eine Düse für konvergente Divergenz gebaut, die für Machzahl = 3 ausgelegt war. In diesem Projekt konnte ich feststellen, dass die Strömung überschallt, indem ich sah, dass das Manometer zwischen dem Hals und dem divergierenden Abschnitt fixiert war (Druckabfall als divergierender Abschnitt) wirkt wie eine Düse für die Überschallströmung).

Dies brachte mich jedoch zum Nachdenken: Wenn ich eine Düse für den Antriebszweck (oder einen praktischen Zweck) bauen soll, ist es nicht wünschenswert, Löcher für das Manometer darin zu haben, um die gleichmäßige Festigkeit aufrechtzuerhalten. Meine theoretischen Berechnungen besagen, dass die Strömung überschallt und keine Stöße in der Düse auftreten dürfen, aber während des Aufbaus entsprechen die Oberflächengüte, die geometrischen Toleranzen und der Versorgungsdruck möglicherweise nicht meinen Erwartungen. Woher weiß ich in diesem Fall, ob der Fluss überschallt?

Ich dachte darüber nach, wie ich vorgehen sollte. Bisher habe ich noch keinen von ihnen ausprobiert.

Die Verwendung eines Staurohrs ist möglicherweise nicht sinnvoll, da es vor dem Rohr zu einem Bugschock kommt, wenn der Durchfluss tatsächlich mit Ultraschall erfolgt (siehe Abbildung), wodurch der Gesamtdruck erhöht wird. Wir können die Staurohrformel von Reyleigh verwenden , aber wie kann man den statischen Druck des freien Stroms berechnen, ohne die Strömung / Düse zu beeinflussen?
Schlieren Fotografie : Wenn wir schräge Schocks / Schockdiamanten sehen, lautet die Schlussfolgerung: "Flow is supersonic". Dies funktioniert nur, wenn die Schockfunktionen sehr klar sind.

— Subodh
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Ich denke, es wäre in Ordnung, die beiden Teile dieser Frage als separate Fragen zu stellen. Falls ein Antwortender nur die Antwort auf einen Teil kennt.

— Dcorking

Gegenargument: Die beiden sind ziemlich ineinander verflochten, und ein Antwortender, der weiß, dass einer eine Antwort auf den anderen hat, ist sehr wahrscheinlich. Ich habe abgestimmt.

— Rick unterstützt Monica am

@GeorgeHerold Bei der ersten Ausgabe funktioniert das Messen der Masse nicht gut, da die Flüssigkeit komprimierbar ist. Daher ist das Einrichten eines Kontrollvolumens keine triviale Angelegenheit. Auf dem Staurohr ist es keine Frage der Größe, es ist die tatsächliche Physik dahinter. Ein Staurohr stoppt den Fluss und damit der Überschallfluss stoppt, durchläuft es zuerst eine Stoßwelle, die verhindert, dass irgendetwas vor der Stoßwelle angemessen gemessen wird.

— Trevor Archibald,

Subodh, wären Sie bereit, diese Frage zu bearbeiten, um sich auf Teil A zu konzentrieren und eine neue Frage zu Teil B zu stellen? Sie können über die Frage in Teil B einen Link zu dieser Frage erstellen. Jeder, der eine Meinung dazu hat, kann an der Diskussion im Hauptchat teilnehmen , die hier beginnt .

— Paul Gessler

Klar !, ich werde Teil B zu einer neuen Frage machen .

— Subodh

Antworten:

Nach meiner kurzen Beschäftigung mit Stößen denke ich, dass die wahrscheinlichste Lösung darin besteht, den Auspuff abzubilden, wahrscheinlich optisch, aber möglicherweise mit Interferometrie oder etwas, das von dem Auspuff abhängt. Der offensichtlichste Hinweis darauf, dass Sie einen Überschallfluss haben, ist, wenn Sie einen Schockdiamanten sehen können . Ich denke, Sie könnten es wahrscheinlich auch anhand der Länge des Auspuffs herausfinden, aber ich kann mich nicht erinnern, wie.

Alternativ können Sie auch den erzeugten Schub betrachten. Sie sollten in der Lage sein, den erwarteten Schub zu berechnen. Dies ist, was sie tun, wenn sie Raketen / Triebwerke testen, da es ihnen eigentlich egal ist, ob der Fluss Überschall ist, nur dass er genug Strom erzeugt.

Die einfache Methode für Rohre besteht darin, nur den Ausgangsstrom zu messen. Es ist ein Rohr, also sollte der Durchfluss konstant sein. In der Praxis vermute ich jedoch, dass lange Rohre auch regelmäßige Inspektionsluken / -bereiche haben, in denen sie den Durchfluss irgendwie messen, um auf Lecks / Fehler zu prüfen.

— nivag
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Bitte verschieben Sie den Rohrabschnitt Ihrer Antwort auf

— Subodhs

Das ist ein wirklich schönes Gedankenexperiment! Im Allgemeinen würde ich argumentieren, dass Sie nur wissen müssen:

$p_t$
$p_\infty$

$M=1$

\frac{p_{\infty}}{p_{t}} \leq 0,528, unter der Annahme von Zwei-Atom-Gas mit γ = 1.4 im \frac{p^{*}}{p_{t}} = {(\frac{2}{γ + 1})}^{γ / (γ - 1)}

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

Betrachtet man die Gleichungen für einen konstanten komprimierbaren 1D-Durchfluss, so gibt es nur eine Lösung. Der einzige Weg, um die Schallgeschwindigkeit nicht zu erreichen, ist ein großer Gesamtdruckverlust, sodass das kritische Verhältnis niemals erreicht wird.

In puncto Schub ist die Beantwortung Ihrer Frage etwas komplizierter, da unterschiedliche Aufbauten (zu / zu weit) oder Geometrien (z. B. Doppelklingel) vorliegen.

In Bezug auf die Messung möchten Sie vielleicht einen Blick auf akustische Luftgeschwindigkeitsmesssysteme werfen.

— Regel30
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Wenn Sie immer noch nach einer Antwort suchen,

Sie könnten einen gut gestalteten Keil mit statischen Löchern auf der Keiloberfläche beibehalten, wobei 1. die Oberfläche des Keils mit der Strömungsachse ausgerichtet ist oder 2. die Symmetrielinie mit der Strömungsachse ausgerichtet ist. Sie werden Pitot-Druck von Raleigh Pitot-Rohr haben.

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

— Mustang
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