等エントロピー流れ計算機

等エントロピー流れは、断熱かつ可逆な理想的な圧縮性流れの過程です。系の境界を熱が通過せず、摩擦、衝撃波、混合などのエントロピーを生成する作用もありません。実際の流れは完全に等エントロピーではありませんが、ノズル、ディフューザ、風洞、ターボ機械の流路、外部空力流れの滑らかな領域の多くを正確に表せます。実際の損失や衝撃波の影響を評価するための基準となるモデルです。 よどみ状態、または全状態とは、移動する気体を等エントロピー的に静止させたときに達する温度と圧力です。静的状態は、気体が流れているときの局所的な熱力学的性質を指します。比熱一定の完全気体では、温度比 T/T0 は、1に gamma から1を引いた値の半分とマッハ数の2乗の積を加え、その逆数を取ったものです。この温度比を、それぞれ gamma を gamma から1を引いた値で割った指数、および1を gamma から1を引いた値で割った指数でべき乗すると、圧力比と密度比が得られます。 マッハ数は流速を局所音速で割った値です。全状態が一定のままマッハ数が上がると、全エンタルピーのうち運動エネルギーとして現れる割合が増え、静温が下がります。静圧と密度はさらに大きく低下します。マッハ数が 1 のとき流れは音速となり、その断面積は通常、臨界面積 A* と呼ばれます。ここで示す面積・マッハ数関係は、準一次元の等エントロピー流管の A/A* を与えます。マッハ数 1 を除き、同じ面積比には亜音速と超音速の2つのマッハ数解があります。 比熱比 gamma は気体の組成と温度に依存します。通常の温度付近の乾燥空気では 1.4 がよく使われる近似値で、単原子気体では 1.667 に近づきます。十分な高温では振動励起や化学反応により比熱が変化し、比熱一定の仮定が成り立ちにくくなります。水分や混合気体も gamma を変化させます。精度が重要な場合は、運転範囲に適した物性値を使用してください。 衝撃波ではエントロピーが増加し全圧が保存されないため、これらの式を垂直衝撃波や斜め衝撃波をまたいで適用することはできません。境界層摩擦、熱伝達、多次元効果、質量の追加も含みません。等エントロピー領域の上流のよどみ圧力を使い、絶対圧力の単位を統一してください。この計算機はノズルの予備解析、航空宇宙分野の学習、気体力学の確認、運転点の比較に適しています。最終設計では、チョーク、流量係数、実在気体の物性、損失、構造上の限界、用途に必要な検証済み手法を考慮してください。