Choked flow
अवरुद्ध प्रवाह एक संपीड़ित प्रवाह प्रभाव है। तरल वेग वह पैरामीटर है जो "घुट" या "सीमित" हो जाता है। अवरुद्ध प्रवाह वेंटुरी प्रभाव से जुड़ी एक तरल गतिशील स्थिति है। जब किसी दिए गए दबाव और तापमान पर बहने वाला तरल पदार्थ एक संकुचन (जैसे कि एक अभिसारी-विचलन नोजल का गला या पाइप में एक वाल्व) से होते हुए कम दबाव वाले वातावरण में जाता है तो तरल पदार्थ का वेग बढ़ जाता है। प्रारंभ में सबसोनिक अपस्ट्रीम स्थितियों में, ऊर्जा सिद्धांत के संरक्षण के लिए तरल वेग को बढ़ाने की आवश्यकता होती है क्योंकि यह संकुचन के छोटे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र से होकर बहता है। उसी समय, वेंटुरी प्रभाव स्थिर दबाव का कारण बनता है, और इसलिए घनत्व, संकुचन पर कम हो जाता है। अवरुद्ध प्रवाह एक सीमित स्थिति है जहां एक निश्चित अपस्ट्रीम दबाव और तापमान के लिए डाउनस्ट्रीम दबाव वातावरण में और कमी के साथ द्रव्यमान प्रवाह नहीं बढ़ेगा। सजातीय तरल पदार्थों के लिए, वह भौतिक बिंदु जिस पर एडियाबेटिक स्थितियों के लिए घुटन होती है, वह है जब निकास तल वेग ध्वनि स्थितियों में होता है; यानी, 1 की मैक संख्या पर। अवरुद्ध प्रवाह पर, द्रव्यमान प्रवाह दर को केवल ऊपर की ओर और चोक बिंदु पर घनत्व बढ़ाकर बढ़ाया जा सकता है। गैसों का अवरुद्ध प्रवाह कई इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में उपयोगी है क्योंकि द्रव्यमान प्रवाह दर डाउनस्ट्रीम दबाव से स्वतंत्र है, और केवल तापमान और दबाव पर निर्भर करती है और इसलिए प्रतिबंध के ऊपर की ओर गैस का घनत्व। घुटन की स्थितियों में, वांछित द्रव्यमान प्रवाह दर का उत्पादन करने के लिए वाल्व और कैलिब्रेटेड छिद्र प्लेटों का उपयोग किया जा सकता है। यदि तरल पदार्थ एक तरल पदार्थ है, तो एक अलग प्रकार की सीमित स्थिति (जिसे अवरुद्ध प्रवाह के रूप में भी जाना जाता है) तब होती है जब प्रतिबंध के माध्यम से तरल प्रवाह पर कार्य करने वाला वेंटुरी प्रभाव मौजूदा तरल तापमान पर तरल के वाष्प दबाव के प्रतिबंध से नीचे तरल दबाव में कमी का कारण बनता है। उस समय, तरल आंशिक रूप से वाष्प के बुलबुले में चमक जाएगा और बाद में बुलबुले के गिरने से कैविटेशन हो जाता है। कैविटेशन काफी शोर है और शारीरिक रूप से वाल्व, पाइप और संबंधित उपकरणों को नुकसान पहुंचाने के लिए पर्याप्त रूप से हिंसक हो सकता है। वास्तव में, प्रतिबंध में वाष्प बुलबुला का निर्माण प्रवाह को आगे बढ़ने से रोकता है। दम घुटने की स्थिति में गैस की द्रव्यमान प्रवाह दर सभी गैसें उच्च दबाव से निम्न दबाव की ओर बहती हैं। डी लावल नोजल में या एक छिद्र प्लेट के माध्यम से क्रॉस सेक्शन के परिवर्तन पर अवरुद्ध प्रवाह हो सकता है। दबा हुआ वेग एक छिद्र या नोजल के ऊपर की ओर देखा जाता है। उच्च अपस्ट्रीम घनत्व के कारण अपस्ट्रीम वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर डाउनस्ट्रीम स्थिति की तुलना में कम है। दबा हुआ वेग ऊपर की ओर दबाव का एक कार्य है, लेकिन नीचे की ओर नहीं। यद्यपि वेग स्थिर है, द्रव्यमान प्रवाह दर अपस्ट्रीम गैस के घनत्व पर निर्भर करती है, जो अपस्ट्रीम दबाव का एक कार्य है। प्रवाह वेग छिद्र में ध्वनि की गति तक पहुँचता है, और इसे ए कहा जा सकता है। क्रॉस सेक्शन प्रवाह के परिवर्तन में घुटन आदर्श गैस व्यवहार को मानते हुए, स्थिर-स्थिति अवरुद्ध प्रवाह तब होता है जब डाउनस्ट्रीम दबाव एक महत्वपूर्ण मूल्य से नीचे गिर जाता है। उस महत्वपूर्ण मूल्य की गणना आयामहीन महत्वपूर्ण दबाव अनुपात समीकरण से की जा सकती है, जहाँ गैस का ऊष्मा क्षमता अनुपात है और जहाँ कुल (ठहराव) ऊपर की ओर दबाव है। ताप क्षमता अनुपात वाली हवा के लिए, तब; अन्य गैसों की सीमा 1.09 (जैसे। ब्यूटेन) से 1.67 (मोनोटोमिक गैसें), इसलिए महत्वपूर्ण दबाव अनुपात सीमा में भिन्न होता है, जिसका अर्थ है कि, गैस के आधार पर, अवरुद्ध प्रवाह आमतौर पर तब होता है जब डाउनस्ट्रीम स्थिर दबाव स्थिर अपस्ट्रीम स्रोत पोत में पूर्ण दबाव से 0.487 से 0.587 गुना कम हो जाता है। जब गैस के वेग को दबा दिया जाता है, तो द्रव्यमान प्रवाह दर के लिए समीकरण हैः द्रव्यमान प्रवाह दर मुख्य रूप से नोजल गले के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र और ऊपर की ओर दबाव पर निर्भर करती है, और केवल तापमान पर कमजोर रूप से निर्भर करती है। दर नीचे की ओर दबाव पर बिल्कुल भी निर्भर नहीं करती है। अन्य सभी शब्द स्थिरांक हैं जो केवल प्रवाह में सामग्री की संरचना पर निर्भर करते हैं। हालाँकि गैस का वेग अधिकतम तक पहुँच जाता है और घुट जाता है, लेकिन द्रव्यमान प्रवाह दर रुकती नहीं है। द्रव्यमान प्रवाह दर को तब भी बढ़ाया जा सकता है जब ऊपर की ओर दबाव बढ़ाया जाता है क्योंकि इससे छिद्र में प्रवेश करने वाली गैस का घनत्व बढ़ जाता है। के मूल्य की गणना नीचे दी गई अभिव्यक्ति का उपयोग करके की जा सकती हैः उपरोक्त समीकरण ऊपर की ओर दबाव स्रोत में मौजूद दबाव और तापमान के लिए स्थिर अवस्था द्रव्यमान प्रवाह दर की गणना करते हैं। यदि गैस को एक बंद उच्च दबाव वाले पात्र से छोड़ा जा रहा है, तो उपरोक्त स्थिर अवस्था समीकरणों का उपयोग प्रारंभिक द्रव्यमान प्रवाह दर का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। इसके बाद, निर्वहन के दौरान द्रव्यमान प्रवाह दर कम हो जाएगी क्योंकि स्रोत पोत खाली हो जाता है और पोत में दबाव कम हो जाता है। निर्वहन की शुरुआत के बाद से प्रवाह दर बनाम समय की गणना करना बहुत अधिक जटिल है, लेकिन अधिक सटीक है। तकनीकी साहित्य बहुत भ्रमित करने वाला हो सकता है क्योंकि कई लेखक यह समझाने में विफल रहते हैं कि क्या वे सार्वभौमिक गैस नियम स्थिरांक आर का उपयोग कर रहे हैं जो किसी भी आदर्श गैस पर लागू होता है या क्या वे गैस नियम स्थिरांक आर का उपयोग कर रहे हैं जो केवल एक विशिष्ट व्यक्तिगत गैस पर लागू होता है। दोनों स्थिरांकों के बीच संबंध r = R/M है जहाँ M गैस का आणविक भार है। वास्तविक गैस प्रभाव यदि ऊपर की ओर की स्थिति ऐसी है कि गैस को आदर्श नहीं माना जा सकता है, तो अवरुद्ध द्रव्यमान प्रवाह का मूल्यांकन करने के लिए कोई बंद रूप समीकरण नहीं है। इसके बजाय, गैस विस्तार की गणना वास्तविक गैस गुण तालिकाओं के संदर्भ में की जानी चाहिए, जहां विस्तार स्थिर एन्थैल्पी पर होता है। अवरुद्ध प्रवाह के लिए आवश्यक न्यूनतम दबाव अनुपात अवरुद्ध स्थितियों (जब कुछ विशिष्ट औद्योगिक गैसें बह रही होती हैं) के लिए आवश्यक न्यूनतम दबाव अनुपात को तालिका 1 में प्रस्तुत किया गया है। अनुपात को इस मानदंड का उपयोग करके प्राप्त किया गया था कि अवरुद्ध प्रवाह तब होता है जब पूर्ण अपस्ट्रीम दबाव और पूर्ण डाउनस्ट्रीम दबाव का अनुपात गैस के विशिष्ट ऊष्मा अनुपात के बराबर या उससे अधिक होता है। न्यूनतम दबाव अनुपात को अपस्ट्रीम दबाव और नोजल थ्रोट पर दबाव के बीच के अनुपात के रूप में समझा जा सकता है जब गैस मैक 1 पर यात्रा कर रही हो; यदि अपस्ट्रीम दबाव डाउनस्ट्रीम दबाव की तुलना में बहुत कम है, तो गले में ध्वनि प्रवाह नहीं हो सकता है। नोटः पु, पूर्ण अपस्ट्रीम गैस दबाव पीडी, दबाव पुनर्प्राप्ति के साथ पूर्ण डाउनस्ट्रीम गैस दबाव वेंटुरी नोजल एक वेंटुरी नोजल के माध्यम से प्रवाह डाउनस्ट्रीम दबाव की तुलना में बहुत कम नोजल दबाव प्राप्त करता है। इसलिए, दबाव अनुपात अपस्ट्रीम और नोजल दबाव के बीच की तुलना है। इसलिए, एक वेंटुरी के माध्यम से प्रवाह बहुत कम अपस्ट्रीम से डाउनस्ट्रीम अनुपात के साथ मैक 1 तक पहुंच सकता है। पतली प्लेट के छिद्र पतली प्लेट के छिद्रों के माध्यम से वास्तविक गैसों का प्रवाह कभी भी पूरी तरह से बंद नहीं होता है। छिद्र के माध्यम से द्रव्यमान प्रवाह दर में वृद्धि जारी है क्योंकि डाउनस्ट्रीम दबाव को एक पूर्ण निर्वात में कम कर दिया जाता है, हालांकि द्रव्यमान प्रवाह दर धीरे-धीरे बढ़ती है क्योंकि डाउनस्ट्रीम दबाव महत्वपूर्ण दबाव से कम हो जाता है। कनिंघम (1951) ने पहली बार इस तथ्य की ओर ध्यान आकर्षित किया कि एक मानक, पतले, चौकोर किनारे वाले छिद्र में अवरुद्ध प्रवाह नहीं होगा। निर्वात की स्थिति वायुमंडलीय दबाव पर ऊपर की ओर हवा के दबाव और एक छिद्र के नीचे की ओर निर्वात की स्थिति के मामले में, हवा का वेग और द्रव्यमान प्रवाह दर दोनों बंद हो जाते हैं या सीमित हो जाते हैं जब छिद्र के माध्यम से ध्वनि वेग तक पहुँच जाता है। प्रवाह पैटर्न चित्र 1 ए नोजल के माध्यम से प्रवाह को दर्शाता है जब यह पूरी तरह से सबसोनिक होता है (यानी। नोजल गूंगा नहीं है)। कक्ष में प्रवाह तेज हो जाता है क्योंकि यह गले की ओर अभिसरण करता है, जहां यह गले में अपनी अधिकतम (सबसोनिक) गति तक पहुंच जाता है। प्रवाह तब विचलन खंड के माध्यम से धीमा हो जाता है और एक सबसोनिक जेट के रूप में परिवेश में समाप्त हो जाता है। इस अवस्था में पीठ के दबाव को कम करने से नोजल में हर जगह प्रवाह की गति बढ़ेगी। जब पीठ का दबाव, पी. बी., काफी कम हो जाता है, तो गले में प्रवाह की गति मैक 1 होती है, जैसा कि चित्र 1 बी में है। प्रवाह पैटर्न बिल्कुल सबसोनिक प्रवाह के समान है, सिवाय इसके कि गले में प्रवाह की गति अभी मैक 1 तक पहुंच गई है। नोजल के माध्यम से प्रवाह अब बंद हो गया है क्योंकि पीठ के दबाव में और कमी एम = 1 के बिंदु को गले से दूर नहीं ले जा सकती है। हालाँकि, जब आप पीठ के दबाव को और कम करते हैं तो विचलन खंड में प्रवाह पैटर्न बदल जाता है। चूँकि पी. बी. प्रवाह को रोकने के लिए आवश्यक स्तर से नीचे होता है, इसलिए गले के ठीक नीचे की ओर सुपरसोनिक प्रवाह का एक क्षेत्र बनता है। सबसोनिक प्रवाह के विपरीत, सुपरसोनिक प्रवाह तेज हो जाता है क्योंकि यह गले से दूर चला जाता है। सुपरसोनिक त्वरण के इस क्षेत्र को एक सामान्य शॉक वेव द्वारा समाप्त किया जाता है। शॉक वेव सबसोनिक गति के लिए प्रवाह के लगभग तत्काल मंदी का उत्पादन करती है। यह सबसोनिक प्रवाह फिर विचलन खंड के शेष भाग के माध्यम से धीमा हो जाता है और सबसोनिक जेट के रूप में समाप्त हो जाता है। इस व्यवस्था में यदि आप पीठ के दबाव को कम करते हैं या बढ़ाते हैं तो आप शॉक वेव को गले से दूर ले जाते हैं (शॉक वेव से पहले डायवर्जिंग सेक्शन में सुपरसोनिक प्रवाह की लंबाई बढ़ाते हैं)। यदि पी. बी. को पर्याप्त रूप से कम किया जाता है, तो शॉक वेव नोजल निकास पर बैठेगी (चित्र 1 डी)। त्वरण के बहुत लंबे क्षेत्र (पूरे नोजल की लंबाई) के कारण प्रवाह की गति शॉक फ्रंट से ठीक पहले अपने अधिकतम तक पहुंच जाएगी। हालांकि, झटके के बाद जेट में प्रवाह सबसोनिक होगा। पीठ के दबाव को कम करने से झटका जेट में झुक जाता है (चित्र 1ई), और झटके और प्रतिबिंबों का एक जटिल पैटर्न जेट में स्थापित किया जाता है जिसमें सबसोनिक और सुपरसोनिक प्रवाह का मिश्रण शामिल होगा, या (यदि पीठ का दबाव काफी कम है) केवल सुपरसोनिक प्रवाह। चूँकि झटका अब नोजल की दीवारों के पास प्रवाह के लंबवत नहीं है, यह प्रवाह को अंदर की ओर विक्षेपित करता है क्योंकि यह प्रारंभिक रूप से सिकुड़ते जेट का उत्पादन करते हुए निकास को छोड़ देता है। इसे अति विस्तारित प्रवाह के रूप में संदर्भित किया जाता है क्योंकि इस मामले में नोजल निकास पर दबाव परिवेश (पीठ का दबाव) की तुलना में कम होता है-यानी। नोजल द्वारा प्रवाह का बहुत अधिक विस्तार किया गया है। पीठ के दबाव को और कम करने से जेट में तरंग पैटर्न बदल जाता है और कमजोर हो जाता है। आखिरकार पीठ का दबाव इतना कम हो जाएगा कि यह अब नोजल निकास पर दबाव के बराबर हो जाएगा। इस मामले में, जेट में तरंगें पूरी तरह से गायब हो जाती हैं (चित्र 1एफ), और जेट समान रूप से सुपरसोनिक होगा। चूंकि यह स्थिति अक्सर वांछनीय होती है, इसलिए इसे 'डिजाइन स्थिति' के रूप में संदर्भित किया जाता है। अंत में, अगर पीठ का दबाव और भी कम किया जाता है तो हम निकास और पीठ के दबाव (पीठ के दबाव से अधिक निकास दबाव) के बीच एक नया असंतुलन पैदा करेंगे। इस स्थिति में (जिसे 'अनडेरेक्सपैंडेड' कहा जाता है) जिसे हम विस्तार तरंगें कहते हैं (जो जेट में अक्षीय प्रवाह और त्वरण के लिए धीरे-धीरे लंबवत मोड़ पैदा करती हैं) नोजल निकास पर बनती हैं, शुरू में जेट किनारों पर प्रवाह को एक प्लूम में बाहर की ओर घुमाती हैं और एक अलग प्रकार का जटिल तरंग पैटर्न स्थापित करती हैं। यह भी देखें कि आकस्मिक रिलीज स्रोत शब्दों में गैर-अवरुद्ध गैस प्रवाह के लिए द्रव्यमान प्रवाह दर समीकरण भी शामिल हैं। ऑरिफिस प्लेट में नॉन-चोक्ड गैस प्रवाह समीकरण की व्युत्पत्ति शामिल है। डी लावल नोजल वेंटुरी ट्यूब होते हैं जो सुपरसोनिक गैस वेग पैदा करते हैं क्योंकि ट्यूब और गैस को पहले संकुचित किया जाता है और फिर ट्यूब और गैस को चोक प्लेन से परे विस्तारित किया जाता है। रॉकेट इंजन नोजल चर्चा करते हैं कि रॉकेट इंजनों में उपयोग किए जाने वाले नोजल से निकास वेग की गणना कैसे की जाती है। हाइड्रोलिक कूद उच्च दबाव जेट संदर्भ बाहरी लिंक गैसों का दबा हुआ प्रवाह स्रोत उत्सर्जन मॉडल का विकास प्रतिबंध छिद्र आकार नियंत्रण एकल चरण प्रवाह के लिए छिद्र प्लेट, प्रतिबंध छिद्र आकार गणना का प्रदर्शन करें। प्रवाह व्यवस्था वायुगतिकी गैस प्रौद्योगिकियाँ