Rechner für isentrope Strömung

Eine isentrope Strömung ist ein idealer kompressibler Strömungsprozess, der sowohl adiabatisch als auch reversibel ist. Es tritt keine Wärme über die Systemgrenze, und Reibung, Verdichtungsstöße, Mischung sowie andere entropieerzeugende Effekte fehlen. Obwohl keine reale Strömung vollkommen isentrop ist, beschreibt das Modell viele glatte Bereiche in Düsen, Diffusoren, Windkanälen, Turbomaschinenkanälen und äußeren aerodynamischen Strömungen genau. Es liefert die Referenz zur Bewertung realer Verluste und Stoßeffekte. Stagnations- oder Totalzustandsgrößen sind Temperatur und Druck, die ein bewegtes Gas bei isentroper Abbremsung bis zum Stillstand erreichen würde. Statische Größen sind die lokalen thermodynamischen Eigenschaften des strömenden Gases. Für ein kalorisch perfektes Gas ist T/T0 der Kehrwert von eins plus dem Produkt aus der Hälfte von gamma minus eins und dem Quadrat der Machzahl. Druck- und Dichteverhältnis ergeben sich durch Potenzieren dieses Temperaturverhältnisses mit gamma geteilt durch gamma minus eins beziehungsweise eins geteilt durch gamma minus eins. Die Machzahl ist die Strömungsgeschwindigkeit geteilt durch die lokale Schallgeschwindigkeit. Steigt sie bei konstantem Totalzustand, liegt ein größerer Anteil der Totalenthalpie als kinetische Energie vor und die statische Temperatur sinkt. Statischer Druck und Dichte nehmen noch stärker ab. Bei Mach 1 ist die Strömung schallschnell; die zugehörige Querschnittsfläche wird üblicherweise kritische Fläche A* genannt. Die hier angegebene Flächen-Mach-Beziehung liefert A/A* für eine quasi eindimensionale isentrope Stromröhre. Außer bei Mach 1 gibt es zu einem Flächenverhältnis sowohl eine Unterschall- als auch eine Überschalllösung. Das Wärmekapazitätsverhältnis gamma hängt von Gaszusammensetzung und Temperatur ab. Für trockene Luft bei üblichen Temperaturen ist 1.4 eine gängige Näherung, während einatomige Gase nahe bei 1.667 liegen. Bei ausreichend hohen Temperaturen machen Schwingungsanregung und chemische Reaktionen die Wärmekapazitäten veränderlich, wodurch die Annahme eines kalorisch perfekten Gases an Gültigkeit verliert. Feuchtigkeit und Gasgemische können gamma ebenfalls verändern. Nutzen Sie für präzise Rechnungen Stoffdaten für den jeweiligen Betriebsbereich. Diese Gleichungen gelten nicht über senkrechte oder schräge Verdichtungsstöße hinweg, da Stöße die Entropie erhöhen und der Totaldruck nicht erhalten bleibt. Auch Grenzschichtreibung, Wärmeübertragung, mehrdimensionale Effekte und Massenzufuhr werden nicht berücksichtigt. Verwenden Sie den Totaldruck stromaufwärts des isentropen Bereichs und einheitliche absolute Druckeinheiten. Der Rechner eignet sich für vorläufige Düsenanalysen, Luft- und Raumfahrtlehre, gasdynamische Kontrollen und den Vergleich von Betriebspunkten. Endgültige Entwürfe müssen kritische Strömung, Durchflussbeiwerte, reale Gaseigenschaften, Verluste, strukturelle Grenzen und die für die Anwendung erforderlichen validierten Verfahren einbeziehen.