Калькулятор изоэнтропического течения

Изоэнтропическое течение — идеальный процесс течения сжимаемого газа, одновременно адиабатический и обратимый. Тепло не пересекает границу системы, а трение, скачки уплотнения, смешение и другие эффекты, создающие энтропию, отсутствуют. Хотя реальное течение не бывает строго изоэнтропическим, модель точно описывает многие гладкие области сопел, диффузоров, аэродинамических труб, каналов турбомашин и внешних аэродинамических потоков. Она служит базой для оценки реальных потерь и влияния скачков. Параметры торможения, или полные параметры, — температура и давление, которых достиг бы движущийся газ при изоэнтропическом торможении до покоя. Статические параметры — локальные термодинамические свойства газа в движении. Для калорически совершенного газа T/T0 равно единице, деленной на сумму единицы и произведения половины gamma минус один на квадрат числа Маха. Отношения давлений и плотностей получают возведением этого температурного отношения в степени gamma, деленное на gamma минус один, и единица, деленная на gamma минус один, соответственно. Число Маха равно скорости потока, деленной на местную скорость звука. При его увеличении с неизменными полными параметрами большая доля полной энтальпии переходит в кинетическую энергию, а статическая температура падает. Статическое давление и плотность снижаются еще сильнее. При числе Маха 1 поток становится звуковым, а соответствующая площадь сечения обычно называется критической площадью A*. Приведенное здесь соотношение площади и числа Маха дает A/A* для квазиодномерной изоэнтропической трубки тока. Кроме случая Маха 1, одному отношению площадей соответствуют дозвуковое и сверхзвуковое решения. Отношение теплоемкостей gamma зависит от состава газа и температуры. Значение 1.4 — обычное приближение для сухого воздуха при умеренной температуре, а для одноатомных газов оно близко к 1.667. При достаточно высоких температурах колебательное возбуждение и химические реакции делают теплоемкости переменными, ограничивая применимость модели калорически совершенного газа. Влажность и газовые смеси тоже могут менять gamma. Для точных расчетов используйте свойства, соответствующие рабочему диапазону. Эти уравнения нельзя применять через прямые или косые скачки уплотнения, поскольку скачки повышают энтропию и полное давление не сохраняется. Они также не учитывают трение пограничного слоя, теплообмен, многомерные эффекты и подвод массы. Используйте давление торможения перед изоэнтропической областью и согласованные единицы абсолютного давления. Калькулятор подходит для предварительного анализа сопел, аэрокосмических учебных задач, газодинамических проверок и сравнения режимов. Окончательное проектирование должно учитывать запирание потока, коэффициенты расхода, свойства реального газа, потери, прочностные ограничения и проверенные методы, требуемые для конкретного применения.