Giáo trình thuỷ khí _ Dòng khí trên âm

Dòng khí chuyển động với vận tốc trên âm bị hãm sẽ có một số tính chất đặc biệt do tính nén được của nó gây ra. Khi đó trong dòng chảy xuất hiện những mặt gián đoạn mà qua các mặt đó các thông số của dòng chảy thay đổi giá trị một cách đột ngột. Các mặt gián đoạn đó gọi là các mặt sóng va, mặt tăng vọt nén hoặc đường đặc trưng. Khi mặt tăng vọt nén vuông góc với phương dòng chảy ta gọi là tăng vọt nén thẳng, khi nó tạo với phương dòng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình thuỷ khí _ Dòng khí trên âm 1Giáo trình thuỷ khíDòng khí trên âm 2 Dòng khí trên âm Dòng khí chuyển động với vận tốc trên âm bị hãm sẽ có một số tính chất đặcbiệt do tính nén được của nó gây ra. Khi đó trong dòng chảy xuất hiện nhữngmặt gián đoạn m à qua các mặt đó các thông số của dòng chảy thay đổi giá trịmột cách đột ngột. Các mặt gián đoạn đó gọi là các mặt sóng va, mặt tăng vọtnén hoặc đường đặc trưng . Khi m ặt tăng vọt nén vuông góc với phương dòngchảy ta gọi là tăng vọt nén thẳng, khi nó tạo với phương dòng chảy một góc90 o ta gọi là tăng vọt nén xiên. Ký hiêu “1” cho các thông số của dòng chảytrước mặt tăng vọt nén và “2” cho phía sau mặt tăng vọt nén. 1 Sự hình thành mặt tăng vọt nén Mọi sự tăng áp suất trong môi trường chất khí sẽ truyền đi mọi phía với vậntốc lớn dưới dạng sóng va. Các sóng áp lực yếu chuyển động với vận tốc âm,các sóng áp lực mạnh truyền với vận tốc lớn hơn vận tốc âm rất nhiều (Ví dụtiếng nổ của bom nguyên tử). Sự truyền sóng âm: Nếu trong môi trường khí tĩnh có một nguồn kích động yếu nào đó thì kíchđộng đó truyền theo mọi phương với vận tốc bằng vận tốc âm. Nếu các kíchđộng tuần hoàn thì sau một thời gian, không gian xung quanh nguồn kích độngsẽ chứa đầy sóng hình cầu. Nếu những kích động đó xảy ra trong chất khí chuyển động thì vùng truyềnkích động sẽ phụ thuộc vào giá trị vận tốc chất khí so với vận tốc truyền kíchđộng. Nếu vận tốc dòng khí nhỏ hơn vận tốc âm (va) thì các kích động - truyền đi trong một nón kích động với các đường sinh gọi là đường kích động hay đường đặc trưng. Gọi  là góc của nón, ta có 3 a1sin    vM 4 Sự hình thành mặt tăng vọt nén Giả sử có sự tăng áp suất đột ngột trong chất khí dưới dạng sóng yếu (vdụpiston chuyển động đột ngột trong xilanh). ở miền gần piston áp suất sẽ thay đổilớn còn ở xa thì không đổi, ví dụ ở vùng sát trước piston chất khí bị nén nên ,p, T tăng, ở vùng sát sau piston chất khí bị lo ãng ra nên , p, T giảm: Tại mộtthời điểm, các thông số của chất khí thay đổi liên tục từ gía trị ở gần piston đếngiá trị ở xa vô cùng, Sự thay đổi này được truyền đi với vận tốc âm cục bộ. Tạithời điểm t1, nhiệt độ chất khí ở trước piston có giá trị lớn (vì p=gRT) và giảmdọc theo ống theo chiều tăng của x do đó vận tốc âm a  kgRT sẽ giảm dọctheo ống, còn sau piston vận tốc âm sẽ tăng dọc theo ống theo chiều ngược vớichiều của x. Nếu sóng áp suất trước và sau piston tại thời điểm t1 được biểu diễn bởiđường cong 1 thì các đường cong tương ứng ở các thời điểm t2, t3 ở phia trướcpiston có độ dốc tăng dần và đến thời điểm t4 đường cong sẽ vuông góc với trụcx, hình thành mặt tăng vọt, qua đó các giá trị áp suất, vận tốc, khối lượng riêngvà nhiệt độ sẽ thay đổi đột ngột, hình thành mặt tăng vọt nén thẳng. Tại vùng phía sau piston, ở vùng khí loãng áp suất tăng dần về phía x 5 Mối liên hệ giữa vận tốc truyền mặt sóng nén và vận tốc của dòng khísau mặt tăng vọt nén (v2) Giả sử sau khoảng thời gian vô cùng nhỏ dt, mặt TVN di chuyển 1 đoạn dx;trong vùng dx này p1 tăng lên p2 và 1 tăng lên 2. Như vậy trong thời gian dt,trọng lượng chất khí chảy vào vùng dx là: dG=(2 - 1).g.F.dx (1)với dx=vs.dt F: tiết diện của ốngTừ pt liên tục cũng có thể suy ra vận tốc dòng khí v2 dG=2 g.F.v2.dt (2)Vậy (2 - 1).g.F.dx = 2 g.F.v2.dt 2 dx vs   v2Hay (3)  2  1 dtáp dụng định lý biến thiên động lượng cho khối khí trong miền dx:  d m v  Rdt  p 2  p1 Fdt dx p 2  p1 d m v  v 2 dm  v 21Fdx  p 2  p1 Fdt  v s   v 21 (4) dt p 2  p1  2 vs  (3)*(4) (5) v 2  v1 1 dp Nếu sóng yếu : p2  p12  1  v s  a d Kết luận: Sóng kích động yếu trùng với sóng âm; sóng nén mạnh thì có vậntốc truyền sóng vs>a 6 2 Tăng vọt nén thẳng: Dòng chảy không thay đổi phương khi đi qua mặttăng vọt nén I. Hệ thức động học cơ bản: là biểu thức liên hệ g ...