Bentornati ad un'altra super edizione delle domande di cultura generale!
Questa volta abbiamo cercato una curiosità scientifica:
Quindi stavo facendo uno studio personale su spinta, e leggendo dell'ugello convergente-divergente di un motore a razzo, ho letto che quando il gas di scarico in uscita dalla camera di combustione raggiunge Mach 1, il gas di scarico diventa comprimibile, e la velocità del fluido comprimibile (in questo caso>Mach 1 gas di scarico) è direttamente proporzionale all'area della sezione trasversale dell'ugello.
Quando si parla di portata di un non comprimibile fluido attraverso un tubo, riconosciamo che la velocità del fluido non comprimibileaumenta
quando l'area della sezione trasversale del tubo diminuisce.
Allora perché, quando un fluido passa da non comprimibile a comprimibile, la regola della portata cambia in la velocità del fluido
comprimibile aumenta quando il l'area della sezione trasversale del tubo aumenta?
Cosa rende il fluido comprimibile diverso dal fluido non comprimibile affinché si verifichi tale cambiamento nella regola della portata?
Ed ecco le risposte degli esperti:
Il fluido è sempre comprimibile, ma gli effetti di comprimibilità diventano importanti quando il numero di Mach si avvicina a 1 (in realtà a qualcosa come M=0.3, dovresti usare equazioni comprimibili).
Comunque, qui, sotto “Analisi del flusso”, c'è una derivazione dell'equazione
( M^(2) – 1)(dv/v)=dA/A.
Ciò dice che per M <1 (subsonico ), dv e dA hanno segno opposto, e per M > 1 (supersonico), hanno lo stesso segno.
Per il flusso supersonico, se l'area aumenta, la velocità aumenta.
Non ho intenzione di fare l'intera derivazione qui, ma se riscrivi la conservazione di massa, quantità di moto e energia per un gas caloricamente perfetto (in 'quasi 1D') per la derivata dell'area rispetto a x, quindi sostituire queste relazioni nella relazione per la velocità del suono (che dovrebbe essere riscritta un po'), si finisce con il seguente:
(1/M)(dM/dx)=(1 + ((gamma - 1)/2 )*M^2 )/(M^2 - 1) ((1/A)*(dA/dx)) Ora cosa ci dice questo? Se dA/dx è minore di 0 (quindi un'area della sezione trasversale decrescente) e abbiamo un flusso subsonico (M <1), dM/dx sarà maggiore di zero. Quindi la derivata di M rispetto alla direzione x sarà positiva, indicando un flusso in accelerazione. Per il caso dA/dx> 0 e M <1, si vede che dM/dx dovrà essere minore di zero. Ciò significa che un flusso subsonico e un'area della sezione trasversale crescente determinano una decelerazione del flusso. Questo è quello che già sapevi anche tu.
 Tuttavia, se guardiamo nel caso dA/dx> 0 e M> 1, dall'equazione si vede che dM/dx dovrà essere positivo, e quindi maggiore di zero. Ciò significa che un flusso supersonico combinato con un'area della sezione trasversale divergente provoca
accelerazione del flusso.