Choked flow
بند شدہ بہاؤ ایک کمپریسبل بہاؤ کا اثر ہے۔ وہ پیمانہ جو "دم گھٹ جاتا ہے" یا "محدود" ہو جاتا ہے وہ سیال کی رفتار ہے۔ دم گھٹ جانے والا بہاؤ وینٹوری اثر سے وابستہ ایک سیال متحرک حالت ہے۔ جب کسی دیئے گئے دباؤ اور درجہ حرارت پر بہتا ہوا سیال کسی سکڑنے (جیسے کنورجنٹ-ڈائیورجنٹ نوز کا گلے یا پائپ میں والو) سے گزر کر کم دباؤ والے ماحول میں جاتا ہے تو سیال کی رفتار میں اضافہ ہوتا ہے۔ ابتدائی طور پر سب سونک اپ اسٹریم حالات میں، توانائی کے تحفظ کے اصول کے لیے سیال کی رفتار کو بڑھانے کی ضرورت ہوتی ہے کیونکہ یہ سکڑنے کے چھوٹے کراس سیکشنل ایریا سے گزرتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، وینٹوری اثر جامد دباؤ کا سبب بنتا ہے، اور اس وجہ سے کثافت، سکڑنے پر کم ہوتی ہے۔ بند بہاؤ ایک محدود حالت ہے جہاں ایک مقررہ اوپر کی طرف دباؤ اور درجہ حرارت کے لیے نیچے کی طرف دباؤ کے ماحول میں مزید کمی کے ساتھ بڑے پیمانے پر بہاؤ میں اضافہ نہیں ہوگا۔ یکساں سیالوں کے لیے، جسمانی نقطہ جس پر اڈیبیٹک حالات کے لیے دم گھٹنا ہوتا ہے، وہ ہوتا ہے جب باہر نکلنے والے ہوائی جہاز کی رفتار صوتی حالات میں ہوتی ہے۔ یعنی میک نمبر 1 پر۔ بند بہاؤ پر، بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح کو صرف اوپر کی طرف اور چوک پوائنٹ پر کثافت میں اضافہ کرکے بڑھایا جا سکتا ہے۔ گیسوں کا بند بہاؤ بہت سے انجینئرنگ ایپلی کیشنز میں مفید ہے کیونکہ بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح نیچے کی طرف دباؤ سے آزاد ہے، اور صرف درجہ حرارت اور دباؤ پر منحصر ہے اور اس وجہ سے پابندی کے اوپر کی طرف گیس کی کثافت ہے۔ دم گھٹنے والے حالات میں، مطلوبہ بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح پیدا کرنے کے لیے والو اور انشانکن شدہ اوریفیس پلیٹیں استعمال کی جا سکتی ہیں۔ مائع میں بند بہاؤ اگر سیال مائع ہے، تو ایک مختلف قسم کی محدود حالت (جسے بند بہاؤ بھی کہا جاتا ہے) اس وقت ہوتی ہے جب پابندی کے ذریعے مائع کے بہاؤ پر عمل کرنے والا وینٹوری اثر موجودہ مائع درجہ حرارت پر مائع کے بخارات کے دباؤ کی حد سے نیچے مائع کے دباؤ میں کمی کا سبب بنتا ہے۔ اس وقت، مائع جزوی طور پر بخارات کے بلبلوں میں چمک اٹھے گا اور اس کے بعد بلبلوں کا گرنے سے کھوپڑی کا سبب بنتا ہے۔ کیویٹیشن کافی شور مچاتا ہے اور فصیلوں، پائپوں اور متعلقہ آلات کو جسمانی طور پر نقصان پہنچانے کے لیے کافی پرتشدد ہو سکتا ہے۔ درحقیقت، پابندی میں بخارات کے بلبلے کی تشکیل بہاؤ کو مزید بڑھنے سے روکتی ہے۔ دم گھٹنے والے حالات میں گیس کے بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح تمام گیسیں زیادہ دباؤ سے کم دباؤ کی طرف بہتی ہیں۔ ڈی لاول نوزل میں کراس سیکشن کی تبدیلی پر یا اوریفس پلیٹ کے ذریعے دم گھٹ جانے والا بہاؤ ہو سکتا ہے۔ دم گھٹنے والی رفتار کا مشاہدہ سوراخ یا نوزل کے اوپر کی طرف کیا جاتا ہے۔ اوپر کی طرف حجم کے بہاؤ کی شرح نیچے کی طرف کی حالت سے کم ہے کیونکہ اوپر کی طرف کثافت زیادہ ہے۔ دم گھٹ جانے والی رفتار اوپر کی طرف دباؤ کا ایک فعل ہے لیکن نیچے کی طرف نہیں۔ اگرچہ رفتار مستقل ہے، بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح اوپر کی طرف گیس کی کثافت پر منحصر ہے، جو اوپر کی طرف دباؤ کا ایک فعل ہے۔ بہاؤ کی رفتار سوراخ میں آواز کی رفتار تک پہنچ جاتی ہے، اور اسے a کہا جا سکتا ہے۔ کراس سیکشن کے بہاؤ کی تبدیلی میں دم گھٹنا مثالی گیس کے رویے کو فرض کرتے ہوئے، مستحکم حالت میں دم گھٹ جانے والا بہاؤ اس وقت ہوتا ہے جب نیچے کی طرف دباؤ ایک اہم قدر سے نیچے گر جاتا ہے۔ اس اہم قدر کا حساب طول و عرض کے بغیر تنقیدی دباؤ کے تناسب کی مساوات سے کیا جا سکتا ہے، گیس کا حرارت کی صلاحیت کا تناسب کہاں ہے اور اوپر کی طرف کل (جمود) دباؤ کہاں ہے۔ حرارت کی صلاحیت کے تناسب والی ہوا کے لیے، پھر ؛ دیگر گیسوں کی حد 1.09 ہے (مثال کے طور پر۔ بیوٹین) سے 1.67 (مونوٹومک گیسیں) تک، لہذا اہم دباؤ کا تناسب رینج میں مختلف ہوتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ، گیس پر منحصر ہے، دم گھٹ جانے والا بہاؤ عام طور پر اس وقت ہوتا ہے جب نیچے کی طرف جامد دباؤ 0.487 سے 0.587 گنا نیچے آ جاتا ہے۔ جب گیس کی رفتار کو روک دیا جاتا ہے، تو بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح کے لیے مساوات یہ ہوتی ہے: بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح بنیادی طور پر نوزل گلے کے کراس سیکشنل ایریا اور اوپر کی طرف دباؤ پر منحصر ہوتی ہے، اور صرف درجہ حرارت پر کمزور طور پر منحصر ہوتی ہے۔ شرح کا انحصار نیچے کی طرف دباؤ پر بالکل نہیں ہوتا ہے۔ دیگر تمام اصطلاحات مستقل ہیں جو صرف بہاؤ میں موجود مادے کی ساخت پر منحصر ہیں۔ اگرچہ گیس کی رفتار زیادہ سے زیادہ پہنچ جاتی ہے اور دم گھٹ جاتی ہے، لیکن بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح دم گھٹتی نہیں ہے۔ اگر اوپر کی طرف دباؤ بڑھایا جائے تو بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح میں اب بھی اضافہ کیا جا سکتا ہے کیونکہ اس سے سوراخ میں داخل ہونے والی گیس کی کثافت میں اضافہ ہوتا ہے۔ کی قدر کا حساب نیچے دیے گئے اظہار کا استعمال کرتے ہوئے کیا جا سکتا ہے: مندرجہ بالا مساوات اوپر کی طرف دباؤ کے منبع میں موجود دباؤ اور درجہ حرارت کے لیے مستحکم ریاست کے بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح کا حساب لگاتی ہیں۔ اگر گیس کو بند ہائی پریشر برتن سے چھوڑا جا رہا ہے، تو مندرجہ بالا مستحکم حالت کی مساوات کو ابتدائی بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح کا تخمینہ لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کے بعد، خارج ہونے والے مادہ کے دوران بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح کم ہو جائے گی کیونکہ ماخذ برتن خالی ہو جاتا ہے اور برتن میں دباؤ کم ہو جاتا ہے۔ اخراج کے آغاز کے بعد سے بہاؤ کی شرح بمقابلہ وقت کا حساب لگانا بہت زیادہ پیچیدہ ہے، لیکن زیادہ درست ہے۔ تکنیکی ادب بہت الجھن کا باعث بن سکتا ہے کیونکہ بہت سے مصنفین اس بات کی وضاحت کرنے میں ناکام رہتے ہیں کہ آیا وہ عالمگیر گیس قانون مستقل R استعمال کر رہے ہیں جو کسی مثالی گیس پر لاگو ہوتا ہے یا آیا وہ گیس قانون مستقل R استعمال کر رہے ہیں جو صرف ایک مخصوص انفرادی گیس پر لاگو ہوتا ہے۔ دونوں مستقلات کے درمیان تعلق r = R/M ہے جہاں M گیس کا سالماتی وزن ہے۔ حقیقی گیس کے اثرات اگر اوپر کی طرف کے حالات ایسے ہیں کہ گیس کو مثالی نہیں سمجھا جا سکتا، تو بند شدہ بڑے پیمانے پر بہاؤ کا اندازہ کرنے کے لیے کوئی بند فارم مساوات نہیں ہے۔ اس کے بجائے، گیس کی توسیع کا حساب حقیقی گیس پراپرٹی ٹیبلز کے حوالے سے کیا جانا چاہیے، جہاں توسیع مستقل اینتھالپی پر ہوتی ہے۔ دم گھٹنے والے بہاؤ کے لیے درکار کم از کم دباؤ کا تناسب دم گھٹنے والے حالات (جب کچھ عام صنعتی گیسیں بہہ رہی ہوں) کے لیے درکار کم از کم دباؤ کا تناسب ٹیبل 1 میں پیش کیا گیا ہے۔ تناسب اس معیار کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا گیا تھا کہ بند بہاؤ اس وقت ہوتا ہے جب مطلق اوپر کی طرف دباؤ اور مطلق نیچے کی طرف دباؤ کا تناسب اس کے برابر یا اس سے زیادہ ہوتا ہے، جہاں گیس کا مخصوص حرارت کا تناسب ہوتا ہے۔ کم از کم دباؤ کے تناسب کو اپ اسٹریم دباؤ اور نوزل حلق پر دباؤ کے درمیان تناسب کے طور پر سمجھا جا سکتا ہے جب گیس میک 1 پر سفر کر رہی ہو۔ اگر اپ اسٹریم دباؤ نیچے کی طرف دباؤ کے مقابلے میں بہت کم ہے، تو گلے میں صوتی بہاؤ نہیں ہو سکتا۔ نوٹ: پیو، مطلق اوپر کی طرف گیس کا دباؤ پی ڈی، دباؤ کی بازیابی کے ساتھ مطلق نیچے کی طرف گیس کا دباؤ وینٹوری نوزلز وینٹوری نوز کے ذریعے بہاؤ نیچے کی طرف دباؤ کے مقابلے میں بہت کم نوز دباؤ حاصل کرتا ہے۔ لہذا، دباؤ کا تناسب اوپر کی طرف اور نوزل کے دباؤ کے درمیان موازنہ ہے۔ لہذا، وینٹوری کے ذریعے بہاؤ بہت کم اپ اسٹریم اور ڈاون اسٹریم تناسب کے ساتھ میک 1 تک پہنچ سکتا ہے۔ پتلی پلیٹ کے سوراخ پتلی پلیٹ کے سوراخوں کے ذریعے حقیقی گیسوں کا بہاؤ کبھی بھی مکمل طور پر بند نہیں ہوتا ہے۔ جیسے جیسے نیچے کی طرف دباؤ کو ایک کامل خلا میں کم کیا جاتا ہے، سوراخ کے ذریعے بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح میں اضافہ ہوتا رہتا ہے، حالانکہ بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح آہستہ آہستہ بڑھتی ہے کیونکہ نیچے کی طرف دباؤ اہم دباؤ سے کم ہوتا ہے۔ کننگھم (1951) نے سب سے پہلے اس حقیقت کی طرف توجہ مبذول کروائی کہ ایک معیاری، پتلی، مربع کنارے والے سوراخ میں بند بہاؤ نہیں ہوگا۔ خلا کے حالات ماحولیاتی دباؤ پر اوپر کی طرف ہوا کے دباؤ اور کسی سوراخ کے نیچے کی طرف خلا کے حالات کی صورت میں، ہوا کی رفتار اور بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح دونوں دم گھٹ جاتی ہیں یا محدود ہو جاتی ہیں جب آواز کی رفتار سوراخ کے ذریعے پہنچ جاتی ہے۔ بہاؤ کا نمونہ شکل 1 اے نوزل کے ذریعے بہاؤ کو ظاہر کرتا ہے جب یہ مکمل طور پر سب سونک ہوتا ہے (یعنی۔ نوزل دم گھٹ نہیں رہا ہے)۔ چیمبر میں بہاؤ تیز ہوتا ہے کیونکہ یہ گلے کی طرف یکجا ہوتا ہے، جہاں یہ گلے میں اپنی زیادہ سے زیادہ (سب سونک) رفتار تک پہنچ جاتا ہے۔ اس کے بعد بہاؤ ڈائیورجنگ سیکشن کے ذریعے کم ہوتا ہے اور سب سونک جیٹ کے طور پر ماحول میں خارج ہوتا ہے۔ اس حالت میں کمر کے دباؤ کو کم کرنے سے نوزل میں ہر جگہ بہاؤ کی رفتار میں اضافہ ہوگا۔ جب کمر کا دباؤ، پی بی، کافی کم ہو جاتا ہے، تو بہاؤ کی رفتار گلے میں میک 1 ہوتی ہے، جیسا کہ شکل 1 بی میں ہے۔ بہاؤ کا نمونہ بالکل وہی ہے جو سب سونک بہاؤ میں ہوتا ہے، سوائے اس کے کہ گلے میں بہاؤ کی رفتار ابھی میک 1 تک پہنچ گئی ہے۔ نوزل کے ذریعے بہاؤ اب دم گھٹ گیا ہے کیونکہ کمر کے دباؤ میں مزید کمی M = 1 کے نقطہ کو گلے سے دور نہیں لے جا سکتی ہے۔ تاہم، جیسے جیسے آپ کمر کے دباؤ کو مزید کم کرتے ہیں، ڈائیورجنگ سیکشن میں بہاؤ کا نمونہ بدل جاتا ہے۔ جیسا کہ پی بی کو صرف بہاؤ کو روکنے کے لیے درکار نیچے کیا جاتا ہے، سپر سونک بہاؤ کا ایک خطہ گلے کے بالکل نیچے کی طرف بنتا ہے۔ سب سونک بہاؤ کے برعکس، جیسے جیسے یہ گلے سے دور جاتا ہے سپرسونک بہاؤ تیز ہوتا جاتا ہے۔ سپرسونک ایکسلریشن کا یہ خطہ ایک عام شاک ویو کے ذریعے ختم ہوتا ہے۔ شاک ویو سب سونک رفتار کی طرف بہاؤ کی تقریبا فوری کمی پیدا کرتی ہے۔ یہ سب سونک بہاؤ پھر ڈائیورجنگ سیکشن کے بقیہ حصے سے گزرتا ہے اور سب سونک جیٹ کے طور پر خارج ہوتا ہے۔ اس نظام میں اگر آپ کمر کے دباؤ کو کم یا بلند کرتے ہیں تو آپ شاک ویو کو گلے سے دور لے جاتے ہیں (شاک ویو سے پہلے مختلف حصے میں سپرسونک بہاؤ کی لمبائی میں اضافہ کرتے ہیں)۔ اگر پی بی کو کافی کم کیا جاتا ہے، تو شاک ویو نوزل کے باہر نکلنے پر بیٹھے گی (شکل 1 ڈی)۔ ایکسلریشن کے بہت لمبے علاقے (پورے نوزل کی لمبائی) کی وجہ سے بہاؤ کی رفتار شاک فرنٹ سے ٹھیک پہلے اپنی زیادہ سے زیادہ حد تک پہنچ جائے گی۔ تاہم، جھٹکے کے بعد جیٹ میں بہاؤ سب سونک ہوگا۔ کمر کے دباؤ کو کم کرنے سے جھٹکا جیٹ میں موڑنے کا سبب بنتا ہے (شکل 1e)، اور جھٹکے اور عکاسی کا ایک پیچیدہ نمونہ جیٹ میں قائم کیا جاتا ہے جس میں سب سونک اور سپرسونک بہاؤ کا مرکب شامل ہوتا ہے، یا (اگر بیک پریشر کافی کم ہے) صرف سپرسونک بہاؤ۔ چونکہ جھٹکا اب نوزل کی دیواروں کے قریب بہاؤ کے لیے عمودی نہیں ہے، اس لیے یہ بہاؤ کو اندر کی طرف موڑ دیتا ہے کیونکہ یہ ابتدائی طور پر سکڑنے والے جیٹ کی پیداوار کے لیے باہر نکلتا ہے۔ اسے حد سے زیادہ توسیع شدہ بہاؤ کہا جاتا ہے کیونکہ اس صورت میں نوزل کے باہر نکلنے پر دباؤ ماحول (بیک پریشر) سے کم ہوتا ہے-یعنی۔ نوزل کی وجہ سے بہاؤ بہت زیادہ بڑھ گیا ہے۔ کمر کے دباؤ کو مزید کم کرنے سے جیٹ میں لہر کا نمونہ بدل جاتا ہے اور کمزور ہو جاتا ہے۔ آخر کار کمر کا دباؤ اتنا کم ہو جائے گا کہ اب یہ نوزل کے باہر نکلنے کے دباؤ کے برابر ہو جائے گا۔ اس صورت میں، جیٹ میں لہریں مکمل طور پر غائب ہو جاتی ہیں (شکل 1 ایف)، اور جیٹ یکساں طور پر سپرسونک ہوگا۔ یہ صورتحال، چونکہ یہ اکثر مطلوب ہوتی ہے، اس لیے اسے 'ڈیزائن کنڈیشن' کہا جاتا ہے۔ آخر میں، اگر کمر کا دباؤ اور بھی کم کیا جاتا ہے تو ہم باہر نکلنے اور پیچھے کے دباؤ (باہر نکلنے کا دباؤ کمر کے دباؤ سے زیادہ) کے درمیان ایک نیا عدم توازن پیدا کریں گے۔ اس صورت حال میں (جسے 'غیر توسیع شدہ' کہا جاتا ہے) جسے ہم توسیعی لہریں کہتے ہیں (جو جیٹ میں محوری بہاؤ اور ایکسلریشن کے لیے بتدریج عمودی موڑ پیدا کرتی ہیں) نوزل کے باہر نکلنے پر بنتی ہیں، ابتدائی طور پر جیٹ کے کناروں پر بہاؤ کو ایک پلیوم میں باہر کی طرف موڑتی ہیں اور ایک مختلف قسم کی پیچیدہ لہر کا نمونہ ترتیب دیتی ہیں۔ یہ بھی دیکھیں کہ حادثاتی ریلیز ماخذ کی اصطلاحات میں غیر بند گیس کے بہاؤ کے لیے بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح کے مساوات بھی شامل ہیں۔ اوریفس پلیٹ میں غیر چپچپا گیس کے بہاؤ کی مساوات کا مشتق شامل ہے۔ ڈی لاول نوزلز وینٹوری ٹیوبیں ہیں جو سپرسونک گیس کی رفتار پیدا کرتی ہیں کیونکہ ٹیوب اور گیس کو پہلے تنگ کیا جاتا ہے اور پھر ٹیوب اور گیس کو چوک پلین سے آگے بڑھایا جاتا ہے۔ راکٹ انجن کے نوزلز اس بات پر تبادلہ خیال کرتے ہیں کہ راکٹ انجنوں میں استعمال ہونے والے نوزلز سے باہر نکلنے کی رفتار کا حساب کیسے لگایا جائے۔ ہائی پریشر جیٹ حوالہ جات بیرونی روابط گیسوں کا گھٹا ہوا بہاؤ ماخذ کے اخراج کے ماڈلز کی ترقی رکاوٹ سوراخ سائز کا کنٹرول ایک مرحلے کے بہاؤ کے لیے سوراخ پلیٹ، پابندی سوراخ سائز کا حساب انجام دیں۔ بہاؤ کے نظام ایروڈینامکس گیس ٹیکنالوجیز