Comment savoir si le débit est supersonique dans une buse?

Pour un projet, j'avais construit une buse divergente convergente conçue pour un nombre de Mach = 3. Dans ce projet, je pouvais savoir que le débit était devenu supersonique en voyant le manomètre fixé entre la gorge et la section divergente (chute de pression, comme la section divergente agit comme une buse pour le flux supersonique).

Cependant, cela m'a fait penser: si je dois construire une buse à des fins de propulsion (ou à toute autre fin pratique), il n'est pas souhaitable d'y avoir des trous pour le manomètre afin de maintenir la force uniforme. Mes calculs théoriques me disent que le débit devrait devenir supersonique et aucun choc dans la buse, mais lors de la construction, la finition de la surface, les tolérances géométriques et la pression d'alimentation pourraient ne pas être ce à quoi je m'attendais. Dans ce cas, comment savoir si le flux est devenu supersonique?

J'ai pensé à suivre les voies. Jusqu'à présent, je n'ai essayé aucun d'entre eux.

L'utilisation d'un tube de Pitot peut ne pas être utile car il y aura un choc d'arc devant le tube si dans le cas où le débit est effectivement supersonique (comme indiqué sur la figure), ce qui augmentera la pression totale. Nous pouvons utiliser la formule du tube de Pitot de Reyleigh , mais comment calculer la pression statique du flux libre sans affecter le débit / la buse?
Photographie Schlieren : Si nous voyons des chocs / diamants de choc obliques, alors l'inférence sera: «le flux est supersonique». Cela ne fonctionnera que lorsque les caractéristiques de choc sont super claires.

— Subodh
source

Je pense que ce serait bien de poser les 2 parties de cette question comme des questions distinctes. Dans le cas où un répondeur ne connaît que la réponse à une partie.

— dcorking

Contre-argument: les deux sont assez imbriqués, et un répondeur qui sait que l'un aura très probablement une réponse à l'autre. J'ai voté.

— Rick soutient Monica le

@GeorgeHerold Sur le premier problème, la mesure de la masse ne fonctionne pas bien car le fluide est compressible, donc la configuration d'un volume de contrôle n'est pas une mince affaire. Sur le tube de Pitot, ce n'est pas une question de taille, c'est la physique réelle derrière. Un tube de Pitot arrête le flux et, pour que le flux supersonique s'arrête, il passe d'abord par une onde de choc, ce qui empêche tout ce qui précède l'onde de choc d'être raisonnablement mesuré après.

— Trevor Archibald

Subodh, seriez-vous prêt à modifier cette question pour vous concentrer sur la partie A et poser une nouvelle question sur la partie B? Vous pouvez créer un lien vers celui-ci à partir de la question de la partie B. Toute personne ayant des opinions à ce sujet peut participer à la discussion dans le chat principal , en commençant ici .

— Paul Gessler

Bien sûr !, je ferai de la partie B une nouvelle question .

— Subodh

Réponses:

D'après ma brève implication dans les chocs, je pense que la solution la plus probable serait d'imaginer l'échappement, probablement optiquement, mais peut-être en utilisant l'interférométrie ou quelque chose en fonction de ce qu'est l'échappement. L'indication la plus évidente que vous avez un écoulement supersonique est si vous pouvez voir un diamant de choc . Je pense que vous pourriez probablement aussi le calculer à partir de la longueur de l'échappement, mais je ne me souviens pas comment.

Alternativement, vous pouvez également regarder la poussée générée. Vous devriez pouvoir calculer la poussée attendue. C'est ce qu'ils font lors des tests de fusées / moteurs à réaction car ils ne se soucient pas vraiment si le flux est supersonique, juste qu'il génère suffisamment de puissance.

Le moyen simple pour les tuyaux est de mesurer simplement le débit de sortie. C'est un tuyau donc le débit doit être constant. Cependant, dans la pratique, je soupçonne que les longs tuyaux ont également des trappes / zones d'inspection régulières où ils mesurent le débit d'une manière ou d'une autre pour vérifier les fuites / défauts.

— nivag
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Veuillez déplacer la section pipe de votre réponse vers la nouvelle question de Subodh à l'

— adresse

C'est une très belle expérience de pensée! En général, je dirais que vous avez seulement besoin de savoir:

$p_t$
$p_\infty$

$M=1$

\frac{p_{\infty}}{p_{t}} \leq 0.528, assuming two-atomic-gas with γ = 1.4 in \frac{p^{*}}{p_{t}} = {(\frac{2}{γ + 1})}^{γ / (γ - 1)}

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

En regardant les équations pour un débit compressible constant 1D, il n'y a qu'une seule solution, de sorte que le seul moyen pour le débit de ne pas atteindre la vitesse sonique serait une grande perte de pression totale de sorte que le rapport critique ne soit jamais atteint.

En ce qui concerne la poussée, la réponse à votre question est un peu plus compliquée car différentes configurations (sur / sous-développées) ou géométries (par exemple à double cloche).

En ce qui concerne la mesure, vous voudrez peut-être jeter un œil aux systèmes de mesure de la vitesse de l'air acoustique.

— rul30
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Si vous cherchez toujours une réponse,

Vous pouvez conserver un coin bien conçu, avec des trous statiques sur la surface du coin, huit fois 1. la surface du coin est alignée avec l'axe d'écoulement ou 2. une ligne symétrique alignée avec l'axe d'écoulement. vous aurez la pression de pitot du tube de pitot de Raleigh.

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

— mustang
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