Γιατί το Mach Number 1 στο τμήμα του λαιμού του συγκλίνοντος αποκλίνουσας ακροφυσίου;
Κατανόηση των βασικών
* Converging-diverging ακροφύσιο: Αυτός ο τύπος ακροφυσίου έχει σχεδιαστεί για να επιταχύνει ένα υγρό (συνήθως ένα αέριο) σε υπερηχητικές ταχύτητες. Αποτελείται από ένα συγκλίνον τμήμα που στενεύει, ακολουθούμενη από ένα αποκλίνον τμήμα που διευρύνεται.
* Αριθμός Mach: Αντιπροσωπεύει την αναλογία της ταχύτητας ενός αντικειμένου (όπως η ροή αερίου) στην ταχύτητα του ήχου στο περιβάλλον μέσο. Το Mach 1 σημαίνει την ταχύτητα του ήχου.
* Sonic Velocity: Η ταχύτητα του ήχου σε ένα μέσο εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση του μέσου.
Η φυσική στο παιχνίδι
1. Καθώς η ροή εισέρχεται στο τμήμα συγκλίνουσας, η περιοχή μειώνεται. Αυτό αναγκάζει τα μόρια αερίου πιο κοντά, αυξάνοντας την πυκνότητα και την πίεση.
2. Διατήρηση της μάζας: Ο ρυθμός ροής μάζας πρέπει να παραμείνει σταθερός σε όλο το ακροφύσιο. Δεδομένου ότι η περιοχή μειώνεται, η ταχύτητα της ροής αερίου πρέπει να αυξηθεί για να διατηρηθεί η σταθερή ροή μάζας.
3. Διατήρηση ενέργειας: Η συνολική ενέργεια της ροής παραμένει σταθερή (παραμέληση απώλειας). Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα, η κινητική ενέργεια των σωματιδίων αερίου αυξάνεται. Αυτή η ενέργεια προέρχεται από τη μείωση της δυνητικής ενέργειας της ροής, κυρίως της πίεσης.
4. Η ταχύτητα συνεχίζει να αυξάνεται καθώς η ροή κινείται μέσω του τμήματος συγκλίνουσας. Τελικά, η ροή φτάνει σε ένα σημείο όπου η ταχύτητα ισούται με την τοπική ταχύτητα του ήχου. Αυτό το σημείο είναι ο λαιμός του ακροφυσίου.
5. Ο λαιμός: Ο λαιμός είναι το στενότερο σημείο στο ακροφύσιο. Σε αυτό το σημείο, η ροή έχει φτάσει στην ηχητική ταχύτητα (Mach 1). Βασικά, η ροή δεν μπορεί να επιταχυνθεί πέρα από το Mach 1 στο συγκλίνον τμήμα. Γιατί;
6. Η προϋπόθεση: Εάν η ροή επιταχύνθηκε πέρα από το Mach 1 στο τμήμα συγκλίνουσας, η πίεση θα έπρεπε να πέσει κάτω από την πίεση που απαιτείται για να διατηρηθεί η ηχητική ροή. Αυτό είναι αδύνατο σε ένα συγκλίνον τμήμα, καθώς η κλίση πίεσης θα αντιστραφεί, ωθώντας τη ροή πίσω προς τα πάνω.
7. Τμήμα απόκλισης: Η αποκλίνουσα ενότητα επιτρέπει τη ροή να συνεχίσει να επιταχύνει πέρα από το Mach 1. Η περιοχή διεύρυνσης μειώνει την πίεση και αυξάνει περαιτέρω την ταχύτητα, οδηγώντας σε υπερηχητική ροή.
Βασικά σημεία
* Η ροή φτάνει στο Mach 1 στο λαιμό, επειδή το συγκλίνον τμήμα έχει αναγκάσει τη ροή στη μέγιστη ταχύτητά του, διατηρώντας παράλληλα έναν σταθερό ρυθμό ροής μάζας.
* Ο λαιμός αντιπροσωπεύει μια κατάσταση "πνιγμού", όπου η ροή δεν μπορεί να επιταχυνθεί περαιτέρω στο συγκλίνον τμήμα.
* Η αποκλίνουσα ενότητα επιτρέπει την επίτευξη υπερηχητικής ροής.
Επιτρέψτε μου να ξέρω αν θα θέλατε να επεξεργαστώ σε οποιοδήποτε από αυτά τα σημεία!
