Làm thế nào để biết liệu dòng chảy là siêu âm trong một vòi phun?

Đối với một dự án tôi đã xây dựng một vòi phân kỳ hội tụ được thiết kế cho số Mach = 3. Trong dự án đó, tôi có thể biết dòng chảy đã siêu âm bằng cách xem áp kế cố định giữa cổ họng và phần phân kỳ (giảm áp suất, như phần phân kỳ hoạt động như một vòi phun cho dòng siêu âm).

Tuy nhiên, điều này khiến tôi suy nghĩ, nếu tôi chế tạo một vòi phun cho mục đích đẩy (hoặc bất kỳ mục đích thực tế nào), thì không nên có lỗ hổng trong áp kế để duy trì cường độ đồng đều. Tính toán lý thuyết của tôi cho tôi biết rằng dòng chảy nên siêu âm và không gây sốc trong vòi phun, nhưng trong khi xây dựng, bề mặt hoàn thiện, dung sai hình học và áp lực cung cấp có thể không như tôi mong đợi. Trong trường hợp đó, làm thế nào để tôi biết nếu dòng chảy đã siêu âm?

Tôi nghĩ về những cách sau. Cho đến nay tôi đã không thử bất kỳ trong số họ.

1. Sử dụng ống Pitot có thể không hữu ích vì sẽ có một cú sốc cung trước ống nếu trong trường hợp dòng chảy thực sự siêu âm (như trong hình), sẽ làm tăng tổng áp lực. Chúng ta có thể sử dụng công thức ống pitot Reyleigh , nhưng làm thế nào để tính áp suất dòng tự do tĩnh mà không ảnh hưởng đến dòng chảy / vòi phun?

2. Nhiếp ảnh Schrangen : Nếu chúng ta thấy những cú sốc xiên / kim cương gây sốc, thì suy luận sẽ là: "dòng chảy là siêu âm". Điều này sẽ chỉ hoạt động khi các tính năng sốc là siêu rõ ràng.

Từ sự tham gia ngắn ngủi của tôi vào các cú sốc, tôi nghĩ giải pháp rất có thể sẽ là hình ảnh ống xả, có thể là về mặt quang học, nhưng có thể sử dụng giao thoa kế hoặc một cái gì đó tùy thuộc vào khí thải là gì. Dấu hiệu rõ ràng nhất cho thấy bạn có dòng siêu âm là nếu bạn có thể nhìn thấy một viên kim cương gây sốc . Tôi nghĩ rằng bạn có thể cũng có thể làm việc nó từ chiều dài của ống xả nhưng tôi không thể nhớ làm thế nào.

Ngoài ra, bạn cũng có thể nhìn vào lực đẩy được tạo ra. Bạn sẽ có thể tính toán lực đẩy dự kiến. Đây là những gì họ làm khi thử nghiệm tên lửa / động cơ phản lực vì họ không thực sự quan tâm nếu dòng chảy là siêu âm, chỉ là nó tạo ra đủ năng lượng.

Cách đơn giản cho đường ống là chỉ đo lưu lượng thoát. Đó là một đường ống nên dòng chảy không đổi. Tuy nhiên, trong thực tế tôi nghi ngờ các đường ống dài cũng có các hầm / khu vực kiểm tra thường xuyên nơi chúng đo lưu lượng bằng cách nào đó để kiểm tra rò rỉ / lỗi.

Đó là một thử nghiệm suy nghĩ thực sự tốt đẹp! Nói chung tôi sẽ tranh luận rằng bạn chỉ cần biết:

• Tổng áp suất ( của nguồn cung của bạn)$p_t$
• Áp suất tĩnh / môi trường xung quanh ( mà bạn đang mở rộng)$p_\infty$

Có tính đến sự không chắc chắn (hoặc dung sai), bạn sẽ biết liệu lưu lượng của bạn có đạt trong cổ họng hay không (hoặc có khả năng là nó không có).$M=1$

Nhìn vào các phương trình cho dòng chảy ổn định 1D chỉ có một giải pháp, vì vậy cách duy nhất để dòng chảy không đạt tốc độ âm sẽ là tổn thất áp suất lớn để tỷ lệ tới hạn không bao giờ đạt được.

Đối với lực đẩy có liên quan, câu trả lời cho câu hỏi của bạn phức tạp hơn một chút vì các thiết lập khác nhau (trên / dưới mở rộng) hoặc hình học (ví dụ: chuông kép).

Theo như đo lường, bạn có thể muốn xem xét các hệ thống đo tốc độ không khí âm thanh.

Nếu bạn vẫn đang tìm kiếm câu trả lời,

Bạn có thể giữ một cái nêm được thiết kế tốt, với các lỗ tĩnh trên bề mặt nêm, thứ tám 1. bề mặt của nêm được căn với trục dòng chảy hoặc 2. đường đối xứng thẳng hàng với trục dòng chảy. bạn sẽ có áp lực pitot từ ống pitot Raleigh.

Bây giờ bạn có thể đo áp suất tĩnh trực tiếp trong trường hợp 1. hoặc 2. với các mối quan hệ sốc xiên có các giá trị đã biết của góc nêm ( ), & bạn sẽ nhận được góc sốc xiên ( ) và số Mach ( ).P 0 P ∞ beta $\theta$$P_0$$P_{\infty}$$\beta$$M$