Choked flow
ગૂંગળાયેલો પ્રવાહ એ સંકોચાય તેવી પ્રવાહ અસર છે. જે પરિમાણ "ગૂંગળામણ" અથવા "મર્યાદિત" બને છે તે પ્રવાહી વેગ છે. ગૂંગળાયેલો પ્રવાહ એ વેન્ટુરી અસર સાથે સંકળાયેલી પ્રવાહી ગતિશીલ સ્થિતિ છે. જ્યારે આપેલ દબાણ અને તાપમાન પર વહેતું પ્રવાહી સંકોચનમાંથી પસાર થાય છે (જેમ કે કન્વર્જન્ટ-ડાયવર્જન્ટ નોઝલનું ગળું અથવા પાઇપમાં વાલ્વ) ત્યારે પ્રવાહીનો વેગ વધે છે. શરૂઆતમાં સબસોનિક અપસ્ટ્રીમ પરિસ્થિતિઓમાં, ઊર્જા સંરક્ષણ સિદ્ધાંત માટે પ્રવાહીના વેગમાં વધારો કરવાની જરૂર પડે છે કારણ કે તે સંકોચનના નાના ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તારમાંથી વહે છે. તે જ સમયે, વેન્ટુરી અસર સ્થિર દબાણનું કારણ બને છે, અને તેથી ઘનતા, સંકોચન સમયે ઘટે છે. ચોક કરેલો પ્રવાહ એ એક મર્યાદિત સ્થિતિ છે જ્યાં નિશ્ચિત ઉપરના દબાણ અને તાપમાન માટે ડાઉનસ્ટ્રીમ દબાણ વાતાવરણમાં વધુ ઘટાડા સાથે સામૂહિક પ્રવાહમાં વધારો થશે નહીં. સજાતીય પ્રવાહી માટે, એડિયાબેટિક પરિસ્થિતિઓ માટે ગૂંગળામણ જે ભૌતિક બિંદુ પર થાય છે, તે છે જ્યારે બહાર નીકળતા વિમાનનો વેગ સોનિક પરિસ્થિતિઓ પર હોય છે; એટલે કે, મેક નંબર 1 પર. અટકેલા પ્રવાહ પર, સામૂહિક પ્રવાહ દર માત્ર ઉપરના ભાગમાં અને ચોક પોઇન્ટ પર ઘનતા વધારીને વધારી શકાય છે. વાયુઓનો ગૂંગળાયેલો પ્રવાહ ઘણા ઇજનેરી ઉપયોગોમાં ઉપયોગી છે કારણ કે દળ પ્રવાહ દર ડાઉનસ્ટ્રીમ દબાણથી સ્વતંત્ર છે, અને તે માત્ર તાપમાન અને દબાણ પર આધાર રાખે છે અને તેથી પ્રતિબંધની ઉપરની બાજુએ વાયુની ઘનતા પર આધાર રાખે છે. ગૂંગળામણની પરિસ્થિતિઓમાં, ઇચ્છિત સામૂહિક પ્રવાહ દર ઉત્પન્ન કરવા માટે વાલ્વ અને માપાંકિત ઓરિફિસ પ્લેટનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. જો પ્રવાહી પ્રવાહી હોય, તો એક અલગ પ્રકારની મર્યાદિત સ્થિતિ (જેને ચોક કરેલ પ્રવાહ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) ત્યારે થાય છે જ્યારે પ્રતિબંધ દ્વારા પ્રવાહીના પ્રવાહ પર કામ કરતી વેન્ટુરી અસર પ્રતિબંધની બહાર પ્રવાહીના દબાણમાં ઘટાડો કરે છે જે પ્રવર્તમાન પ્રવાહી તાપમાન પર પ્રવાહીના વરાળના દબાણની નીચે હોય છે. તે સમયે, પ્રવાહી આંશિક રીતે વરાળના પરપોટામાં ઝબકશે અને પરપોટાનું અનુગામી પતન પોલાણનું કારણ બને છે. પોલાણ એકદમ ઘોંઘાટીયા હોય છે અને વાલ્વ, પાઈપો અને સંબંધિત ઉપકરણોને શારીરિક નુકસાન પહોંચાડવા માટે પૂરતા પ્રમાણમાં હિંસક હોઈ શકે છે. અસરકારક રીતે, પ્રતિબંધમાં વરાળના પરપોટાની રચના પ્રવાહને આગળ વધતા અટકાવે છે. ગૂંગળામણની સ્થિતિમાં વાયુના સામૂહિક પ્રવાહનો દર તમામ વાયુઓ ઊંચા દબાણમાંથી નીચલા દબાણ તરફ વહે છે. ડી લાવલ નોઝલમાં ક્રોસ સેક્શનના ફેરફાર પર અથવા ઓરિફિસ પ્લેટ દ્વારા ગૂંગળામણનો પ્રવાહ થઈ શકે છે. ગૂંગળામણનો વેગ છિદ્ર અથવા નોઝલના ઉપરના ભાગમાં જોવા મળે છે. ઉપરના પ્રવાહની ઘનતા વધુ હોવાને કારણે ઉપરના પ્રવાહનો વોલ્યુમેટ્રિક પ્રવાહ દર નીચલા પ્રવાહની સ્થિતિ કરતાં ઓછો છે. ગૂંગળાયેલો વેગ એ ઉપર તરફના દબાણનું કાર્ય છે પરંતુ નીચે તરફનું નહીં. વેગ સ્થિર હોવા છતાં, દળ પ્રવાહ દર અપસ્ટ્રીમ ગેસની ઘનતા પર આધારિત છે, જે અપસ્ટ્રીમ દબાણનું કાર્ય છે. પ્રવાહ વેગ છિદ્રમાં ધ્વનિની ઝડપ સુધી પહોંચે છે, અને તેને a તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ક્રોસ સેક્શન પ્રવાહના પરિવર્તનમાં ચોકીંગ આદર્શ વાયુ વર્તણૂક ધારીને, સ્થિર-સ્થિતિ ચોક્ડ પ્રવાહ ત્યારે થાય છે જ્યારે ડાઉનસ્ટ્રીમ દબાણ નિર્ણાયક મૂલ્યથી નીચે આવે છે. તે નિર્ણાયક મૂલ્યની ગણતરી પરિમાણહીન નિર્ણાયક દબાણ ગુણોત્તર સમીકરણમાંથી કરી શકાય છે, જ્યાં વાયુનો ઉષ્મા ક્ષમતા ગુણોત્તર છે અને જ્યાં કુલ (સ્થિરતા) ઉપરનું દબાણ છે. ગરમી ક્ષમતા ગુણોત્તર ધરાવતી હવા માટે, પછી; અન્ય વાયુઓ 1.09 ની શ્રેણીમાં હોય છે (દા. ત. બ્યુટેન) થી 1.67 (મોનોટોમિક વાયુઓ), તેથી નિર્ણાયક દબાણ ગુણોત્તર શ્રેણીમાં બદલાય છે, જેનો અર્થ છે કે, ગેસ પર આધાર રાખીને, ચોકડ પ્રવાહ સામાન્ય રીતે ત્યારે થાય છે જ્યારે ડાઉનસ્ટ્રીમ સ્થિર દબાણ સ્થિર અપસ્ટ્રીમ સ્રોત જહાજમાં સંપૂર્ણ દબાણ કરતા 0.487 થી 0.587 ગણા નીચે જાય છે. જ્યારે ગેસના વેગમાં અવરોધ આવે છે, ત્યારે સામૂહિક પ્રવાહ દર માટેનું સમીકરણ છેઃ સામૂહિક પ્રવાહ દર મુખ્યત્વે નોઝલ ગળાના ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તાર અને ઉપરના દબાણ પર આધારિત હોય છે, અને માત્ર તાપમાન પર નબળો આધાર રાખે છે. દર ડાઉનસ્ટ્રીમ દબાણ પર બિલકુલ આધાર રાખતો નથી. અન્ય તમામ શબ્દો સ્થિરાંકો છે જે માત્ર પ્રવાહમાં સામગ્રીની રચના પર આધાર રાખે છે. જો કે ગેસનો વેગ મહત્તમ સુધી પહોંચે છે અને ગૂંગળાઈ જાય છે, તેમ છતાં સામૂહિક પ્રવાહ દર ગૂંગળાયો નથી. જો ઉપરના દબાણમાં વધારો કરવામાં આવે તો સામૂહિક પ્રવાહ દર હજુ પણ વધારી શકાય છે કારણ કે આ છિદ્રમાં પ્રવેશતા ગેસની ઘનતામાં વધારો કરે છે. ની કિંમતની ગણતરી નીચેની અભિવ્યક્તિનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છેઃ ઉપરના સમીકરણો ઉપરના દબાણ સ્ત્રોતમાં અસ્તિત્વમાં રહેલા દબાણ અને તાપમાન માટે સ્થિર સ્થિતિ દળ પ્રવાહ દરની ગણતરી કરે છે. જો બંધ ઉચ્ચ દબાણવાળા જહાજમાંથી ગેસ છોડવામાં આવી રહ્યો હોય, તો ઉપરોક્ત સ્થિર સ્થિતિ સમીકરણોનો ઉપયોગ પ્રારંભિક દળ પ્રવાહ દરનો અંદાજ કાઢવા માટે થઈ શકે છે. ત્યારબાદ, સ્રાવ દરમિયાન સામૂહિક પ્રવાહ દર ઘટશે કારણ કે સ્ત્રોત જહાજ ખાલી થાય છે અને જહાજમાં દબાણ ઘટે છે. સ્રાવની શરૂઆતથી સમય વિરુદ્ધ પ્રવાહ દરની ગણતરી કરવી વધુ જટિલ છે, પરંતુ વધુ સચોટ છે. તકનીકી સાહિત્ય ખૂબ જ ગૂંચવણભર્યું હોઈ શકે છે કારણ કે ઘણા લેખકો એ સમજાવવામાં નિષ્ફળ જાય છે કે શું તેઓ સાર્વત્રિક વાયુ નિયમ અચળાંક R નો ઉપયોગ કરી રહ્યા છે જે કોઈપણ આદર્શ વાયુને લાગુ પડે છે અથવા શું તેઓ વાયુ નિયમ અચળાંક R નો ઉપયોગ કરી રહ્યા છે જે ફક્ત ચોક્કસ વ્યક્તિગત વાયુને જ લાગુ પડે છે. બે સ્થિરાંકો વચ્ચેનો સંબંધ r = R/M છે જ્યાં M એ વાયુનું પરમાણુ વજન છે. વાસ્તવિક વાયુ અસરો જો ઉપરની બાજુની પરિસ્થિતિઓ એવી હોય કે ગેસને આદર્શ તરીકે ગણી શકાય નહીં, તો ગૂંગળાયેલા દળના પ્રવાહનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે કોઈ બંધ સ્વરૂપનું સમીકરણ નથી. તેના બદલે, ગેસના વિસ્તરણની ગણતરી વાસ્તવિક ગેસના ગુણધર્મના કોષ્ટકોના સંદર્ભમાં થવી જોઈએ, જ્યાં વિસ્તરણ સતત એન્થાલ્પી પર થાય છે. ગૂંગળામણના પ્રવાહ માટે જરૂરી લઘુતમ દબાણ ગુણોત્તર ગૂંગળામણની સ્થિતિ (જ્યારે કેટલાક લાક્ષણિક ઔદ્યોગિક વાયુઓ વહેતા હોય) માટે જરૂરી લઘુતમ દબાણ ગુણોત્તર કોષ્ટક 1 માં રજૂ કરવામાં આવ્યા છે. ગુણોત્તર એ માપદંડનો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવ્યા હતા કે જ્યારે સંપૂર્ણ ઉપરના પ્રવાહના દબાણ અને સંપૂર્ણ નીચલા પ્રવાહના દબાણનો ગુણોત્તર ગેસના ચોક્કસ ઉષ્મા ગુણોત્તરની બરાબર અથવા તેનાથી વધારે હોય ત્યારે અવરોધ પ્રવાહ થાય છે. લઘુતમ દબાણ ગુણોત્તરને જ્યારે ગેસ મેક 1 પર મુસાફરી કરી રહ્યો હોય ત્યારે ઉપરના દબાણ અને નોઝલના ગળાના દબાણ વચ્ચેના ગુણોત્તર તરીકે સમજી શકાય છે; જો ઉપરના દબાણ નીચેના દબાણની તુલનામાં ખૂબ ઓછું હોય, તો ગળામાં સોનિક પ્રવાહ થઈ શકતો નથી. નોંધોઃ પુ, સંપૂર્ણ અપસ્ટ્રીમ ગેસનું દબાણ પીડી, દબાણ પુનઃપ્રાપ્તિ સાથે સંપૂર્ણ ડાઉનસ્ટ્રીમ ગેસનું દબાણ વેન્ટુરી નોઝલ વેન્ટુરી નોઝલમાંથી પસાર થતો પ્રવાહ ડાઉનસ્ટ્રીમ દબાણ કરતાં ઘણું ઓછું નોઝલ દબાણ પ્રાપ્ત કરે છે. તેથી, દબાણ ગુણોત્તર એ અપસ્ટ્રીમ અને નોઝલ દબાણ વચ્ચેની સરખામણી છે. તેથી, વેન્ટુરીમાંથી વહેતો પ્રવાહ ખૂબ નીચા અપસ્ટ્રીમથી ડાઉનસ્ટ્રીમ ગુણોત્તર સાથે મેક 1 સુધી પહોંચી શકે છે. પાતળા પ્લેટના છિદ્રો પાતળા પ્લેટના છિદ્રોમાંથી વાસ્તવિક વાયુઓનો પ્રવાહ ક્યારેય સંપૂર્ણ રીતે બંધ થતો નથી. જેમ જેમ ડાઉનસ્ટ્રીમ દબાણને સંપૂર્ણ શૂન્યાવકાશમાં ઘટાડવામાં આવે છે તેમ તેમ છિદ્રમાંથી સામૂહિક પ્રવાહ દરમાં વધારો થતો રહે છે, જોકે સામૂહિક પ્રવાહ દર ધીમે ધીમે વધે છે કારણ કે ડાઉનસ્ટ્રીમ દબાણ નિર્ણાયક દબાણથી ઓછું થાય છે. કનિંગહામ (1951) એ સૌપ્રથમ એ હકીકત તરફ ધ્યાન દોર્યું હતું કે પ્રમાણભૂત, પાતળા, ચોરસ ધારવાળા છિદ્રમાં ગૂંગળામણનો પ્રવાહ થશે નહીં. શૂન્યાવકાશની સ્થિતિ વાતાવરણીય દબાણ પર ઉપરની તરફના હવાના દબાણ અને છિદ્રની નીચેની બાજુએ શૂન્યાવકાશની સ્થિતિના કિસ્સામાં, જ્યારે અવાજનો વેગ છિદ્ર દ્વારા પહોંચે છે ત્યારે હવાનો વેગ અને સામૂહિક પ્રવાહ દર બંને ગૂંગળાઈ જાય છે અથવા મર્યાદિત થઈ જાય છે. પ્રવાહ પેટર્ન આકૃતિ 1a નોઝલમાંથી પ્રવાહ દર્શાવે છે જ્યારે તે સંપૂર્ણપણે સબસોનિક હોય છે (એટલે કે. નોઝલ ગૂંગળાઈ નથી). ચેમ્બરમાં પ્રવાહ ઝડપી બને છે કારણ કે તે ગળા તરફ જાય છે, જ્યાં તે ગળામાં તેની મહત્તમ (સબસોનિક) ગતિ સુધી પહોંચે છે. આ પ્રવાહ પછી ડાઇવર્જિંગ વિભાગમાંથી ધીમો પડી જાય છે અને સબસોનિક જેટ તરીકે આસપાસના વિસ્તારમાં બહાર નીકળી જાય છે. આ સ્થિતિમાં પીઠના દબાણને ઓછું કરવાથી નોઝલમાં દરેક જગ્યાએ પ્રવાહની ગતિમાં વધારો થશે. જ્યારે પીઠનું દબાણ, pb, પૂરતું ઓછું થાય છે, ત્યારે ગળામાં પ્રવાહની ઝડપ આકૃતિ 1bની જેમ મેક 1 હોય છે. પ્રવાહની પેટર્ન સબસોનિક પ્રવાહ જેવી જ છે, સિવાય કે ગળામાં પ્રવાહની ઝડપ હમણાં જ મેક 1 સુધી પહોંચી છે. નોઝલમાંથી વહેતો પ્રવાહ હવે ગૂંગળાઈ ગયો છે કારણ કે પીઠના દબાણમાં વધુ ઘટાડો M = 1 ના બિંદુને ગળામાંથી દૂર ખસેડી શકતો નથી. જો કે, જેમ જેમ તમે પીઠના દબાણને વધુ ઘટાડશો તેમ તેમ ડાઇવર્જિંગ વિભાગમાં પ્રવાહની પેટર્ન બદલાશે. જેમ જેમ પી. બી. માત્ર પ્રવાહને રોકવા માટે જરૂરી નીચે આવે છે, સુપરસોનિક પ્રવાહનો વિસ્તાર ગળાની નીચેની તરફ રચાય છે. સબસોનિક પ્રવાહથી વિપરીત, સુપરસોનિક પ્રવાહ ગળામાંથી દૂર જતા ઝડપી બને છે. સુપરસોનિક પ્રવેગના આ ક્ષેત્રને સામાન્ય આંચકા તરંગ દ્વારા સમાપ્ત કરવામાં આવે છે. આઘાત તરંગ સબસોનિક ઝડપે પ્રવાહના તાત્કાલિક ઘટાડાને ઉત્પન્ન કરે છે. આ સબસોનિક પ્રવાહ પછી ડાઇવર્જિંગ સેક્શનના બાકીના ભાગમાં ધીમો પડી જાય છે અને સબસોનિક જેટ તરીકે બહાર નીકળી જાય છે. આ વ્યવસ્થામાં જો તમે પીઠના દબાણને ઓછું અથવા ઊંચું કરો છો તો તમે આઘાત તરંગને ગળામાંથી દૂર ખસેડો છો (આઘાત તરંગ પહેલાં ડાઇવર્જિંગ વિભાગમાં સુપરસોનિક પ્રવાહની લંબાઈમાં વધારો). જો પી. બી. પૂરતું ઓછું કરવામાં આવે, તો આંચકા તરંગ નોઝલ બહાર નીકળો (આકૃતિ 1 ડી) પર બેસશે. પ્રવેગના ખૂબ લાંબા ક્ષેત્ર (સંપૂર્ણ નોઝલની લંબાઈ) ને કારણે પ્રવાહની ઝડપ આંચકાના આગળના ભાગની બરાબર પહેલાં તેની મહત્તમ સુધી પહોંચશે. જો કે, આંચકા પછી જેટમાં પ્રવાહ સબસોનિક હશે. પીઠના દબાણને ઓછું કરવાથી આંચકો જેટમાં વળે છે (આકૃતિ 1e), અને આંચકા અને પ્રતિબિંબની એક જટિલ પેટર્ન જેટમાં ગોઠવવામાં આવે છે જેમાં સબસોનિક અને સુપરસોનિક પ્રવાહનું મિશ્રણ સામેલ હોય છે, અથવા (જો પીઠનું દબાણ પૂરતું ઓછું હોય તો) માત્ર સુપરસોનિક પ્રવાહ. કારણ કે આંચકો હવે નોઝલની દિવાલોની નજીકના પ્રવાહને લંબરૂપ નથી, તે પ્રવાહને અંદરની તરફ ફેરવે છે કારણ કે તે શરૂઆતમાં સંકોચાયેલા જેટનું ઉત્પાદન કરતી બહાર નીકળે છે. આને ઓવરએક્સપેન્ડેડ ફ્લો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે કારણ કે આ કિસ્સામાં નોઝલની બહાર નીકળવાનું દબાણ આજુબાજુના (પીઠનું દબાણ) કરતાં ઓછું હોય છે-એટલે કે. નોઝલ દ્વારા પ્રવાહ ખૂબ વિસ્તર્યો છે. પીઠના દબાણને વધુ ઘટાડવાથી જેટમાં તરંગની પેટર્ન બદલાય છે અને નબળી પડે છે. આખરે પીઠનું દબાણ એટલું ઓછું હશે કે તે હવે નોઝલ બહાર નીકળવાના દબાણ જેટલું હશે. આ કિસ્સામાં, જેટમાં તરંગો એકસાથે અદૃશ્ય થઈ જાય છે (આકૃતિ 1f), અને જેટ સમાન રીતે સુપરસોનિક હશે. આ પરિસ્થિતિ, કારણ કે તે ઘણીવાર ઇચ્છનીય હોય છે, તેને 'ડિઝાઇન સ્થિતિ' તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. છેવટે, જો પીઠનું દબાણ વધુ ઓછું કરવામાં આવે તો આપણે બહાર નીકળવાના અને પીઠના દબાણ (પીઠના દબાણ કરતાં બહાર નીકળવાનું દબાણ વધારે) વચ્ચે એક નવું અસંતુલન બનાવીશું, આકૃતિ 1 જી. આ પરિસ્થિતિમાં (જેને આપણે 'અનડેરેક્સપેન્ડેડ' કહીએ છીએ) જેને આપણે વિસ્તરણ તરંગો કહીએ છીએ (જે જેટમાં અક્ષીય પ્રવાહ અને પ્રવેગને ધીમે ધીમે લંબરૂપ બનાવે છે) નોઝલ બહાર નીકળતા સમયે રચાય છે, શરૂઆતમાં જેટ ધાર પરના પ્રવાહને પ્લુમમાં બહારની તરફ ફેરવે છે અને એક અલગ પ્રકારની જટિલ તરંગ પેટર્ન સ્થાપિત કરે છે. એ પણ જુઓ કે આકસ્મિક પ્રકાશન સ્ત્રોત શરતોમાં બિન-ચોક કરેલા વાયુ પ્રવાહ માટે સામૂહિક પ્રવાહ દર સમીકરણો પણ શામેલ છે. ઓરિફિસ પ્લેટમાં નોન-ચોક્ડ ગેસ ફ્લો સમીકરણની વ્યુત્પત્તિ શામેલ છે. ડી લાવલ નોઝલ એ વેન્ટુરી ટ્યુબ છે જે સુપરસોનિક ગેસ વેગ ઉત્પન્ન કરે છે કારણ કે ટ્યુબ અને ગેસ પહેલા સંકુચિત થાય છે અને પછી ટ્યુબ અને ગેસ ચોક પ્લેનની બહાર વિસ્તૃત થાય છે. રોકેટ એન્જિન નોઝલ રોકેટ એન્જિનમાં ઉપયોગમાં લેવાતા નોઝલમાંથી બહાર નીકળવાના વેગની ગણતરી કેવી રીતે કરવી તે અંગે ચર્ચા કરે છે. હાઇડ્રોલિક જમ્પ ઉચ્ચ દબાણ જેટ સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ વાયુઓનો દબાણયુક્ત પ્રવાહ સ્ત્રોત ઉત્સર્જન મોડેલોનો વિકાસ પ્રતિબંધ છિદ્ર કદ નિયંત્રણ એક તબક્કાના પ્રવાહ માટે છિદ્ર પ્લેટ, પ્રતિબંધ છિદ્ર કદની ગણતરી કરો. પ્રવાહ પ્રણાલીઓ એરોડાયનેમિક્સ ગેસ તકનીકો