Comprensione delle basi
* Ugello di trasferimento convergente: Questo tipo di ugello è progettato per accelerare un fluido (in genere un gas) per le velocità supersoniche. È costituito da una sezione convergente che si restringe, seguita da una sezione divergente che si allarga.
* Numero Mach: Rappresenta il rapporto tra la velocità di un oggetto (come il flusso di gas) e la velocità del suono nel mezzo circostante. Mach 1 indica la velocità del suono.
* Velocità sonora: La velocità del suono in un mezzo dipende dalla temperatura e dalla pressione del mezzo.
The Physics at Play
1. Sezione Converging: Quando il flusso entra nella sezione convergente, l'area diminuisce. Ciò costringe le molecole di gas più vicine, aumentando la densità e la pressione.
2. Conservazione della massa: La portata di massa deve rimanere costante in tutto l'ugello. Poiché l'area sta diminuendo, la velocità del flusso di gas deve aumentare per mantenere il flusso di massa costante.
3. Conservazione energetica: L'energia totale del flusso rimane costante (trascurando le perdite). All'aumentare della velocità, aumenta l'energia cinetica delle particelle di gas. Questa energia deriva da una riduzione dell'energia potenziale del flusso, principalmente dalla pressione.
4. Raggiungere la velocità sonora (Mach 1): La velocità continua ad aumentare man mano che il flusso si muove attraverso la sezione convergente. Alla fine, il flusso raggiunge un punto in cui la velocità è uguale alla velocità locale del suono. Questo punto è la gola dell'ugello.
5. La gola: La gola è il punto più stretto dell'ugello. A questo punto, il flusso ha raggiunto la velocità sonora (Mach 1). Fondamentalmente, il flusso non può accelerare oltre Mach 1 nella sezione convergente. Perché?
6. La condizione soffocata: Se il flusso dovesse accelerare oltre Mach 1 nella sezione convergente, la pressione dovrebbe scendere al di sotto della pressione richiesta per mantenere il flusso sonoro. Questo è impossibile in una sezione convergente, poiché il gradiente di pressione verrebbe invertito, spingendo il flusso indietro a monte.
7. Sezione divergente: La sezione divergente consente al flusso di continuare ad accelerare oltre Mach 1. L'area di ampliamento riduce la pressione e aumenta ulteriormente la velocità, portando al flusso supersonico.
Punti chiave
* Il flusso raggiunge Mach 1 alla gola perché la sezione convergente ha costretto il flusso alla sua massima velocità pur mantenendo una portata di massa costante.
* La gola rappresenta una condizione "soffocata", in cui il flusso non può accelerare ulteriormente nella sezione convergente.
* La sezione divergente consente quindi la raggiungimento del flusso supersonico.
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