Hvorfor mach nummer 1 ved halsafsnittet med konvergerende divergerende dyse?

forståelse af det grundlæggende

* konvergerende divergerende dyse: Denne type dyse er designet til at fremskynde en væske (typisk en gas) til supersoniske hastigheder. Det består af et konvergerende afsnit, der indsnævres, efterfulgt af et divergerende afsnit, der udvides.

* Mach -nummer: Repræsenterer forholdet mellem hastigheden af ​​et objekt (som gasstrømmen) og lydhastigheden i det omgivende medium. Mach 1 betegner lydhastigheden.

* Sonisk hastighed: Lydens hastighed i et medium afhænger af mediets temperatur og tryk.

Fysikken ved spil

1. konvergerende sektion: Når strømmen kommer ind i konvergeringsafsnittet, falder området. Dette tvinger gasmolekylerne tættere sammen og øger densiteten og trykket.

2. bevarelse af masse: Massestrømningshastigheden skal forblive konstant i hele dysen. Da området er faldende, skal gasstrømens hastighed øges for at opretholde den konstante massestrøm.

3. Energibesparelse: Den samlede energi i strømmen forbliver konstant (forsømmer tab). Når hastigheden øges, øges gaspartiklernes kinetiske energi. Denne energi kommer fra en reduktion i den potentielle energi i strømmen, primært trykket.

4. når sonisk hastighed (Mach 1): Hastigheden fortsætter med at stige, når strømmen bevæger sig gennem konvergeringsafsnittet. Til sidst når strømmen et punkt, hvor hastigheden er lig med den lokale lydhastighed. Dette punkt er dysens hals.

5. halsen: Halsen er det smaleste punkt i dysen. På dette tidspunkt har strømmen nået sonisk hastighed (Mach 1). Af afgørende betydning kan strømmen ikke accelerere ud over Mach 1 i konvergeringsafsnittet. Hvorfor?

6. den kvælte tilstand: Hvis strømmen skulle accelerere ud over Mach 1 i konvergeringsafsnittet, ville trykket være nødt til at falde under det tryk, der kræves for at opretholde sonisk strømning. Dette er umuligt i et konvergerende afsnit, da trykgradienten ville blive vendt, og skubbe strømmen tilbage opstrøms.

7. divergerende sektion: Det divergerende afsnit gør det muligt for strømmen at fortsætte med at accelerere ud over Mach 1. det udvidede område reducerer trykket og øger hastigheden yderligere, hvilket fører til supersonisk strømning.

Nøglepunkter

* Strømmen når Mach 1 ved halsen, fordi konvergeringsafsnittet har tvunget strømmen til dens maksimale hastighed, mens den stadig opretholder en konstant massestrømningshastighed.

* Halsen repræsenterer en "kvalt" tilstand, hvor strømmen ikke kan accelerere yderligere i konvergeringsafsnittet.

* Det divergerende afsnit giver derefter mulighed for at opnå supersonisk strømning.

Fortæl mig, hvis du gerne vil have mig til at uddybe nogen af ​​disse punkter!