質問:
排気速度からの収束-発散ノズル設計
sjMoquin
2015-05-29 06:14:46 UTC
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私は、収束-発散ノズルを使用して800 m / sの排気速度を達成するコールドスプレーシステムの設計に取り組んでいます。ノズルの入口には、室温で400psiの窒素が供給されていると思います。喉の面積は0.0859平方インチです(小さい、私は知っています)。

$$ \ begin {align} \ dot {m} & = \ rho \ v \ A \\ \ rho & = 31.920 \ \ frac {\ text {kg}} {\ text {m} ^ 3} \ text {(N} _2 \ text {at 400 psi)}、\\ v & = 353.575 \ \ frac {\ text {m}} {\ text {s}} \ text {(音速400 psi)}、\\ A & = 5.54 * 10 ^ {-5} \ \ text {m} ^ 2、\\ \ Rightarrow \ qquad \ dot {m} & = 0.625 \ \ frac {\ text {kg} } {\ text {s}} \ end {align} $$

喉に$ M = 1 $と仮定します。

この数字はとてつもなく大きいようです。誰かが状況に光を当てることができますか?

こんにちはsjMoquin、Engineering.SEへようこそ。このサイトは[Latexスタイルの方程式の編集](http://engineering.stackexchange.com/editing-help#latex)をサポートしています。私はあなたのためにあなたの投稿を編集しようとしました。すべてが正常に見えることを再確認してください。
[**これ**](http://www.ivorbittle.co.uk/Books/Fluids%20book/Chapter%2013%20%20web%20docs/Chapter%2013%20Part%203%20Complete%20doc.htm)かなり恐ろしいページも役立つかもしれません。
1 回答:
Dan
2015-05-29 08:24:56 UTC
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あなたはそれほど遠くありません。あなたの分析では、ガスが収束ノズルを通過するときに加速するという事実を無視しました。これは基本的に、圧力の形で位置エネルギーを運動エネルギー、速度に変換することです。その結果、ガスがスロートに到達したときに400psiではなくなります。

チョークノズルを通過する質量流量を計算するためのコンパクトな形式は

$$ \ dot {です。 m} = C_d A \ sqrt {\ gamma \ rho P \ left(\ frac {2} {1 + \ gamma} \ right)^ {\ frac {\ gamma + 1} {\ gamma-1}}} $$

ここで、$ \ gamma $は比熱比(窒素の場合は1.4)であり、$ C_d $はノズル設計の効率に依存する無次元係数です(今のところ0.5と推測します)。

上記を適用すると、$ 0.18 \、kg \ cdot s ^ {-1} $が得られました。

健全性チェックとして、この結果をメーカーが報告したフロー制御ノズルの値と比較しました。私は自分の研究室で使用しています。 $ .0252 \、in。$ノズルの値を$ 100 \、面積と圧力でpsig $にスケールアップすると、$ 0.15 \、kg \ cdot s ^ {-1} $が得られました。合理的なようです。

素晴らしい仕事、そして素晴らしい説明、ダン。ありがとうございました。


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