نازل ها:

[moji5]

نازل همگرا:نازلی است که مساحت آن در امتداد جریان کاهش یابد.
حداکثر سرعت در یک نازل همگرا سرعت صوت می باشد. برای شتاب دادن به سیال در سرعت های مادون صوت باید نازل ما همگرا باشد.
نازلواگرا:نازلی است که مساحت آن درامتداد جریان افزایش یابد.
جهت رسیدن به سرعت های مافوق صوت از یک نازل واگرا استفاده می شود.

نازل های همگرا-واگرا
نازل های همگرا-واگرا نازل هایی هستند که در انها سطح مقطع در امتداد جریان ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد.
این نوع نازل ها از سه قسمت که متشکل از یک نازل همگرا و گلوگاه و نازل واگرا می باشد تشکیل شده است.
اگر جریان در بخش واگرای نازل مافوق صوت باشد گلوگاه باید دارای عدد ماخ یک باشد.

گلوگاه:
محل اتصال نازل همگرا به واگرا می باشد و قسمتی از دستگاه است که کمترین سطح مقطع را دارا می باشد.

حالت خفگی:

در شرایط سکون معین حداکثر دبی جرمی موقعی که از یک مجرا عبور می کند که گلوگاه در حالت بحرانی قرار داشته باشد یا دارای عدد ماخ یک باشد این حالت رو خفگی گویند.

سرعت صوت:

سرعت صوت شدت انتشار یک موج فشاری با توان بی نهایت کوچک است که از میان یک سیال ساکن عبور می کند.

عددماخ:یک عدد بدون بعد می باشد. که برابر است با سرعت واقعی سیال بر روی سرعت صوت.

حالت سکون:

زمانی که یک سیال از یک سرعت خاص به حالت توقف در آید گوییم به حالت سکون رسیده است.

امواج ضربه ای:
نواحی خیلی نازکی هستند که در جریان های مافوق صوت هستند که تغییرات خواص در عرض آنها شدید است. این فرآیند از نوع برگشت ناپذیر بوده و نمی توان آن را آیزونتروپیک فرض کرد.
اگر امواج ضربه ای در صفحه عمود بر امتداد جریان رخ دهد آن موج را ضربه ای قائم می نامیم. و در صورتی که غیر عمود باشد آن را موج ضربه ای مایل می نامیم.
در امواج ضربه ای قائم جریان های بالا دست و پایین دست در امتداد هم واقعند.
جریان در عرض یک موج ضربه ای آدیاباتیک است پس آنتالپی کلی در عرض یک موج ضربه ای ثابت می ماند.
در موج ضربه ای قائم آنتالپی سکون ثابت می ماند ودر نتیجه برای گاز های آیده آل دمای سکون هم ثابت می ماند.
در امواج ضربه ای جریان جلو موج ضربه ای باید مافوق باشد و در پشت موج ضربه ای مایل معمولا جریان مافوق صوت است. برای موج ضربه ای قائم جریان پایین دست همواره مادون صوت است.
مادون صوت بودن سرعت جریان شرط لازم برای ایجاد موج ضربه ای قائم است.
ابتدا چند خصوصیت مهم جریان ایزونتروپیک رو بیان کرده. اولا با کاهش سطح مقطع از شرلیط سکون تا مقطعی که عدد ماخ آن برابر یک می باشد انبساط بصورت یک جریان مادون صوت صورت می پذیرد. این مقطع گلوگاه یا مقطع صوتی و خواص سیال در آن خواص بحرانی نامیده می شود. بعد از گلوگاه مساحت افزایش یافته و شرایط جریان مافوق صوت برقرار می شود. این بخش از انبساط در مقایسه با ناحیه بالا دست گلوگاه که بخش همگرا نامیده می شود به بخش واگرا موسوم است. شکل هندسی شیپوره هایی که برای انبساط ایزونتروپیک سیال تا فشار محیط بالاتر از بحرانی طراحی می شوند.
شیپوره هایی که بمنظور انبساط ایزونتروپیک تا فشاری کمتر از فشار بحرانی طرح می شوند یک بخش واگرا نیز خواهند داشت که شیپوره های همگرا-واگرا یا دولاوال نامیده می شوند. از این مبحث می توان نتیجه گرفت که عملکرد شیپوره تبدیل آنتالپی سیال به انرژی جنبشی و به طریقی موثر وبا راندمان است. در مقابل شیپوره دیفیوزر وجود دارد که انرژی جنبشی را به آنتالپی تبدیل می کند.
یک نکته بسیار مهم این است که با انتخاب فواصل بینابینی متفاوت و کاهش فشارهای مختلف می توان به اشکال هندسی مختلفی دست یافت. با این همه برای یک دسته شرایط معلوم سطح گلوگاه و سطح خروجی تمام آنها یکسان خواهد بود.

خواص سکون
در بخش های قبلی در بررسی جریان ایزونتروپیک خواص سیالی که دارای سرعت صفر باشد را خواص سکون نامیدیم و بیان کردیم که در جریان یک بعدی آدیاباتیک در هر محلی از جریان به سرعت صفر برسیم آنتالپی یکسانی خواهیم داشت. حال به طور ساده می توان فرض کرد که اگر در هر نقطه از این جریان آدیاباتیک سرعت جریان در یک فرآیند خیالی بطور ایزونتروپیک در همان نقطه به صفر برسد به همان آنتالپی سکون خواهد رسید.از طرف دیگر اگر جریان آدیاباتیک و یک بعدی نباشد احتمالا در هر نقطه پس از از توقف ایزنتوپیک جریان به آنتالپی متفاوتی خواهد رسید. بنابراین با این روش در تمام موارد می توانیم در هر نقطه از جریان آنتالپی سکون یا هر خاصیت سکون ایزونتروپیک محلی نامید.
حال می دانیم که در جریان آدیاباتیک یک بعدی بایستی در تمام نقاط آنتالپی سکون یکسان باشد و برعکس اگر برای یک جریان یک بعدی خاص بدانیم که آنتالپی سکون در تمام نقاط یکسان است می توانیم نتیجه بگیریم که جریان آدیاباتیک می باشد. بطوری که عموما آگاهی از نحوه تغییرات خواص سکون ایزونتروپیک محلی می تواند طبیعت جریان را بسیار روشنتر کند. پی حالا می توانیم بگوییم که خواص سکون" ایزونتروپیک محلی" خواصی هستند که در هر نقطه از یک جریان معین با یک فرآیند فرضی ایزونتروپیک که در انتها سرعت به صفر می رسد به آنها می رسیم. شرایط اولیه این فرآیند فرضی شرایط جریان واقعی در نقطه مورد نظر هستند.

موج ضربه ای قائم:

همان طور که گفتیم که یک موج ضربه ای مشابه موج صوتی است با این تفاوت که مدت محدودی دارد و خاطرنشان کردیم که در آن تغییرات خواص جریان در فاصله بسیار کوچکی رخ می دهد. در حقیقت ضخامت موج بقدری کم است که در محاسبات می توانیم از آن صرفه نظر کنیم خواص جریان در عرض جبهه موج بطور ناپیوسته تغییر می کند. همچنین بیان کردیم که موج ضربهای نسبت به سیال با سرعتی بیش از سرعت موج صوتی حرکت می کند. اکنون به بحث خودمان در رابطه با امواج ضربه ای می پردازیم.تقریبا در تمام جریان های مافوق صوت می توان انتظار داشت که موج ضربه ای رخ دهد.

موج ضربه ای قائم را می توان به عنوان یک سطح مستوی ناپیوستگی در خصوصیات جریان عمود بر جهت جریان تصور کرد. از این رو حجم کنترل به طور بسیار کوچک در نظر گرفته می شودکه موج ضربه ای را شامل می شود. اگر چه ابعاد این حجم کنترل کوچک است ولی قوانین اصلی در مورد آن به صورت دیفرانسیلی نیستند. زیرا در این حالت خصوصیات جریان در گذر از طول بسیار کوچک حجم کنترل تغییرات محدودی دارند. بنابراین در معادلات حاصله کمیات دفرانسیلی که ناشی از عواملی مانند تغییر سطح هستند قابل صرفه نظرند. از این رو جریان داخل سطح کنترل را می توان با سطح مقطع ثابت در نظر گرفته و بعلاوه برای حجم کنترل انتخابی از اصطکاک لایه مرزی و انتقال حرارت صرفنظر نمود.

موج ضربه ای مایل:
موج ضربه ای مایل یک موج صفحه ای است که قائم برآن با راستای جریان زاویه ای می سازد. معمولا تغییرات راستای جریان بطرف موج متمتیل است و در امواج ضربه ای مایل دو بعدی همواره چنین است. بعلاوه از آنجا که فقط سرعت متاثر از موج ضربه ای است در امواج ضربه ای ضعیف ممکن است که جریان حاصله از موج ضربه ای هنوز هم مافوق صوت باشد. از این رو پس از امواج ضربه ای مایل هم شرایط مادون صوت و هم شرایط مافوق صوت امکان پذیر است.
در مورد جریان های متقارن سه بعدی مافوق صوت سطوح موج ضربه ای بجای اینکه به شکل صفحات مایل باشند بصورت مخروطی اند که معمولا امواج مخروطی نامیده می شوند. از بررسی قبلی امواج قائم نتیجه می شود که موج ضربه ای انبساطی مایل نمی تواند وجود داشته باشد. با این وجود در جریان های مافوق صوت انبساطهای سریعی یافت می شود که در یک ناحیه باریک به شکل بادبزن بوجود می آید. اینها امواج انساطی مایل یا انبساطهای پرانتل-مایر نامیده می شوند.

توضیحی در مورد جت های آزاد:


جت آزاد به عنوان جریانی از سیال در نظر گرفته می شود که از مجرائی خارج شده و به ناحیه نسبتا بزرگی وارد می شود که محتوی سیالی است که سرعت آن به موازات امتداد جریان جت است. قبل از بررسی کارکرد شیپوره ها و دیفیوزرها بایستی برخی از مشخصه های اصلی جت های آزاد مورد بررسی قراردهیم.
ابتدا وضعیتی را در نظر می گیریم که سیال با جریان مادون صوت از شیپوره به داخل اتمسفر جریان می یابد. نشان می دهیم که در چنین جریان هائی فشارخروجی سیال با فشار اتمسفر محیط برابر است. اگر فشار اتمسفر کمتر از فشار جت می بود یک انبساط جانبی در جت صورت می گرفت. این عمل مطابق تئوری جریان ایزنتروپیک سرعت جت را کاهش می دهد و در نتیجه فشار در جت لزوما افزایش می یابد. در این صورت وضعیت بدتر می شد و بدیهی است که ادامه این عمل یک حادثه است. از طرف دیگر این فرض را در نظر بگیرید که فشار اتمسفر از فشار جت بیشتر باشد. آنگاه باید طبق تئوری جریان ایزنتوپیک جت منقبض شده و سرعت افزایش یابد. این امر باعث بیشتر شدن فشار در جت شده و وضعیت را بدتر می کند. واضح است که هر دو امکان دارد که منجر به ایجاد یک ناپایداری در جریان جت شود. از اینجا معلوم شده که جت آزاد مادون صوت پایدار است که می توانیم نتیجه بگیریم که فشار جت بایستی با فشار محیط برابر باشد. با این وجود اگر جت مافوق صوت باشد لزومی ندارد که فشار محیط با فشار خروجی برابر باشد. فشار خروجی می تواند برای حالات دو بعدی از طریق یک دسته امواج ضربه ای و انبساطی مایل و برای حالات سه بعدی متقارن از طریق امواج مخروطی با فشار محیط برابر شود.