Comprender los conceptos básicos
* Boquilla convergente-divergente: Este tipo de boquilla está diseñado para acelerar un fluido (típicamente un gas) a velocidades supersónicas. Consiste en una sección convergente que se estrecha, seguida de una sección divergente que se amplía.
* Número de Mach: Representa la relación de la velocidad de un objeto (como el flujo de gas) a la velocidad del sonido en el medio circundante. Mach 1 significa la velocidad del sonido.
* Velocidad sónica: La velocidad del sonido en un medio depende de la temperatura y la presión del medio.
La física en el juego
1. Sección convergente: A medida que el flujo ingresa a la sección convergente, el área disminuye. Esto obliga a las moléculas de gas más juntas, aumentando la densidad y la presión.
2. Conservación de la masa: El caudal de masa debe permanecer constante en toda la boquilla. Dado que el área está disminuyendo, la velocidad del flujo de gas debe aumentar para mantener el flujo de masa constante.
3. Conservación de energía: La energía total del flujo permanece constante (descuidando las pérdidas). A medida que aumenta la velocidad, aumenta la energía cinética de las partículas de gas. Esta energía proviene de una reducción en la energía potencial del flujo, principalmente la presión.
4. alcanzando la velocidad sónica (Mach 1): La velocidad continúa aumentando a medida que el flujo se mueve a través de la sección convergente. Finalmente, el flujo alcanza un punto donde la velocidad es igual a la velocidad local del sonido. Este punto es la garganta de la boquilla.
5. La garganta: La garganta es el punto más estrecho de la boquilla. En este punto, el flujo ha alcanzado la velocidad sónica (Mach 1). Crucialmente, el flujo no puede acelerar más allá de Mach 1 en la sección convergente. ¿Por qué?
6. La condición ahogada: Si el flujo se acelerara más allá de Mach 1 en la sección convergente, la presión tendría que caer por debajo de la presión requerida para mantener el flujo sónico. Esto es imposible en una sección convergente, ya que el gradiente de presión se invertiría, empujando el flujo hacia arriba.
7. Sección divergente: La sección divergente permite que el flujo continúe acelerando más allá de Mach 1. El área de amplitud disminuye la presión y aumenta aún más la velocidad, lo que lleva al flujo supersónico.
Puntos clave
* El flujo llega a Mach 1 en la garganta porque la sección convergente ha forzado el flujo a su velocidad máxima mientras mantiene una tasa de flujo de masa constante.
* La garganta representa una condición "ahogada", donde el flujo no puede acelerar aún más en la sección convergente.
* La sección divergente luego permite lograr el flujo supersónico.
¡Avísame si quieres que elabore en alguno de estos puntos!
