ノズル内の流れが超音速かどうかを知る方法は？

プロジェクトでは、マッハ数= 3に設計された収束発散ノズルを構築しました。そのプロジェクトでは、スロートと発散セクションの間に固定された圧力計を見ることで、流れが超音速になったことを知ることができました（圧力の低下、発散セクションとして超音速流のノズルのように機能します）。

しかし、これにより、推進目的（または実用的な目的）でノズルを構築する場合、均一な強度を維持するために圧力計用の穴を開けることは望ましくありません。理論計算では、流れは超音速でノズルに衝撃を与えないはずですが、構築中、表面仕上げ、幾何公差、供給圧力は期待したものとは異なる場合があります。その場合、流れが超音速になったかどうかはどうすればわかりますか？

次の方法を考えました。これまでのところ、私はそれらのいずれも試していません。

流れが実際に超音速の場合（図に示すように）、チューブの前にバウショックが発生し、全圧が増加するため、ピトー管の使用は役に立たない場合があります。レイリーピトー管式を使用できますが、フロー/ノズルに影響を与えずに静的自由流圧力を計算する方法は？
シュリーレン写真：斜めの衝撃/衝撃ダイヤモンドを見ると、推論は「流れは超音速」です。これは、ショック機能が非常に明確な場合にのみ機能します。

— スボード
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この質問の2つの部分を別々の質問として質問してもいいと思います。回答者が1つのパートに対する回答しか知らない場合。

— 15年

反論：この2つはかなり絡み合っており、一方を知っている回答者は、他方の回答を持っている可能性が非常に高いです。私は投票しました。

— リックはモニカをサポートします

@GeorgeHerold最初の問題では、流体は圧縮可能であるため、質量の測定はうまく機能しません。そのため、制御ボリュームの設定は簡単なことではありません。ピトー管では、サイズの問題ではなく、その背後にある実際の物理学です。ピトー管は流れを止め、超音速の流れが止まるために、最初に衝撃波を通過します。これにより、衝撃波の前からのあらゆるものが合理的に測定されるのを防ぎます。

— トレバーアーチボルド

Subodh、この質問を編集してパートAに焦点を当て、パートBについて新しい質問をしてもよろしいですか？これには、パートBの質問からリンクできます。これについて意見がある人は誰でも、ここから始まるメインチャットの議論に参加できます。

— ポールゲスラー

確かに、パートBを新しい質問にします。

— -Subodh

回答:

私のショックへの短い関与から、最も可能性の高い解決策は、おそらく光学的に排気を画像化することだと思います。あなたが超音速流を持っていることの最も明白な兆候は、ショックダイヤモンドが見えるかどうかです。おそらく排気の長さからもうまくいくと思いますが、どのように覚えているかわかりません。

あるいは、生成された推力を見ることができます。予想推力を計算できるはずです。これは、ロケット/ジェットエンジンをテストする際に、実際に流れが超音速であるかどうかを気にせず、十分な出力を生成するだけであるためです。

パイプの簡単な方法は、出口の流れを測定することです。そのパイプなので、流量は一定でなければなりません。ただし、実際には、長いパイプには定期的な検査用のハッチ/エリアがあり、漏れをチェックするために何らかの方法で流量を測定しています。

— ニヴァグ
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でSubodhの新しい質問への回答の上にのパイプ部分を移動してくださいengineering.stackexchange.com/questions/303/...

— dcorking

それは本当に素晴らしい思考実験です！一般に、私はあなたが知る必要があるだけだと主張します：

$p_t$
$p_\infty$

$M=1$

\frac{p_{\infty}}{p_{t}} \leq 0.528, assuming two-atomic-gas with γ = 1.4 in \frac{p^{*}}{p_{t}} = {(\frac{2}{γ + 1})}^{γ / (γ - 1)}

$\frac{p_\infty}{p_t}\leq 0.528 \quad, \text{assuming two-atomic-gas with } \gamma=1.4 \text{ in } \frac{p^*}{p_t}=\left(\frac{2}{\gamma+1}\right)^{\gamma/(\gamma-1)}$

1Dの定常圧縮性流の方程式を見ると、解が1つしかないため、流れが音速に到達しない唯一の方法は、総圧力損失が大きくなり、臨界比に到達しないことです。

推力に関する限り、異なるセットアップ（オーバー/アンダー展開）またはジオメトリ（たとえばデュアルベル）なので、質問への答えはもう少し複雑です。

測定に関する限り、音響対気速度測定システムをご覧ください。

— rul30
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まだ答えを探しているなら、

ウェッジの表面に静的な穴を設けて、ウェッジを適切に設計します。8。ウェッジの表面は流れの軸に揃えられます。または、2。対称の直線が流れの軸に揃えられます。ローリーピトー管からピトー圧が得られます。

$\theta$ $P_0$ $P_{\infty}$ $\beta$ $M$

— マスタング
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