Calculadora de escoamento isentrópico

O escoamento isentrópico é um processo ideal de escoamento compressível que é adiabático e reversível. Não há calor atravessando a fronteira do sistema, nem atrito, ondas de choque, mistura ou outros efeitos que produzam entropia. Embora nenhum escoamento real seja perfeitamente isentrópico, o modelo descreve com precisão muitas regiões suaves de bocais, difusores, túneis de vento, passagens de turbomáquinas e escoamentos aerodinâmicos externos. Ele fornece a referência para medir perdas reais e efeitos de choques. As condições de estagnação, ou totais, são a temperatura e a pressão que um gás em movimento atingiria se fosse levado ao repouso de forma isentrópica. As condições estáticas são as propriedades termodinâmicas locais medidas enquanto o gás se move. Para um gás caloricamente perfeito, T/T0 é o inverso de um mais a metade de gamma menos um multiplicada pelo quadrado do número de Mach. As razões de pressão e densidade resultam de elevar essa razão de temperaturas às potências gamma dividido por gamma menos um e um dividido por gamma menos um, respectivamente. O número de Mach é a velocidade do escoamento dividida pela velocidade local do som. Quando Mach aumenta com as condições totais fixas, uma parcela maior da entalpia total aparece como energia cinética e a temperatura estática cai. A pressão estática e a densidade diminuem ainda mais. Em Mach 1, o escoamento é sônico e a seção transversal correspondente é chamada de área crítica A*. A relação área-Mach apresentada aqui fornece A/A* para um tubo de corrente isentrópico quase unidimensional. Exceto em Mach 1, uma mesma razão de áreas tem soluções de Mach subsônica e supersônica. A razão de calores específicos gamma depende da composição e da temperatura do gás. O valor 1.4 é uma aproximação comum para ar seco em temperaturas usuais, enquanto gases monoatômicos se aproximam de 1.667. Em temperaturas suficientemente altas, a excitação vibracional e as reações químicas tornam os calores específicos variáveis, enfraquecendo a hipótese de gás caloricamente perfeito. Umidade e misturas de gases também podem alterar gamma. Quando a precisão for importante, use propriedades adequadas à faixa de operação. Essas equações não se aplicam através de choques normais ou oblíquos, pois choques aumentam a entropia e a pressão total não é conservada. Elas também omitem atrito na camada limite, transferência de calor, efeitos multidimensionais e adição de massa. Use a pressão de estagnação a montante da região isentrópica e mantenha unidades de pressão absoluta consistentes. A calculadora é indicada para análise preliminar de bocais, estudos aeroespaciais, conferências de dinâmica dos gases e comparação de pontos de operação. Projetos finais devem incluir bloqueio sônico, coeficientes de descarga, propriedades de gases reais, perdas, limites estruturais e os métodos validados exigidos pela aplicação.