CD 喷嘴流场模拟器
收缩—扩张喷嘴把压力变成速度。拖动两个滑杆设定入口总压与背压, 看喉部如何壅塞、内部如何站起一道正激波,或让气流以超声速喷出。
收缩—扩张喷嘴把压力变成速度。拖动两个滑杆设定入口总压与背压, 看喉部如何壅塞、内部如何站起一道正激波,或让气流以超声速喷出。
收缩—扩张喷嘴是一条先收窄到喉部、再重新扩张的管道。它是把储存的压力变成高速射流的经典方式,蒸汽轮机、喷气发动机尾喷管和火箭发动机都依赖这个形状。
这个模拟器让你设定两个数值:入口总压 P₀ 与背压 Pᵦ。它据此判断喉部是否壅塞、激波站在哪里,以及气流在出口能达到多大的马赫数。
从外面看它只是一根管子。把流场着色和马赫数图表揭示出来,才能看清两个关键现象:喉部达到马赫数 1,以及扩张段内站定的一道正激波。
两个要点最关键:喉部一旦壅塞,质量流量就不再随压力升高而增加;出口马赫数由压比决定,而不是由你推得多用力决定。
入口总压 P₀ 是气流进入喷嘴时携带的能量,背压 Pᵦ 是出口所面对的压力。二者之比 Pᵦ / P₀ 决定了后面所有现象。
管道收窄时气流加速、静压下降。当压比低于约 0.53,喉部达到马赫数 1;此后继续加大入口压力也无法再提高质量流量。
过了喉部截面积开始变大。在超声速流动中,面积变大意味着流速更快,于是同样的空气质量继续加速,马赫数向出口一路爬升。
如果背压高于超声速出口所能匹配的压力,喷嘴会把一道正激波逼进扩张段。气流穿过这层薄薄的突跃面时从超声速跳到亚声速,压力随之骤升。
没有激波时,气流以面积比所决定的完全超声速马赫数离开;有激波时,出口气流变为亚声速,出口马赫数更低,与图表一致。
它把压力变成速度。管道先收窄到喉部、再重新扩张,亚声速气流在收缩段加速、在喉部达到马赫数 1,随后在扩张段继续加速直到超声速。
当背压与入口总压的比值低于约 0.53 时,喉部达到马赫数 1。此后即使继续提高入口压力,质量流量也不再增大,这就叫壅塞。
当背压高于超声速出口所能匹配的压力时,喷嘴会把一道正激波逼进扩张段。气流穿过激波时从超声速骤降到亚声速,压力明显抬升。
它由背压与入口总压的比值决定。完全超声速出口时,马赫数由面积比锁定;背压升高会把激波推进管内,出口马赫数随之降低。
蓝色代表亚声速,橙色代表超声速。看着两种颜色就能判断喷嘴在哪里达到马赫数 1,以及激波在哪里把气流翻回亚声速。
正激波是突变而不是渐变。马赫数曲线在激波位置几乎竖直下落,随后以亚声速一路延伸到出口。