Kysymys:
Puristettavan kaasun paineiden määrittäminen
cKrug
2015-01-27 02:33:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kirjoitimme ystäväni ja nesteiden luokkaa käsittelevän artikkelin, jossa keskusteltiin tykin rakentamisen yksityiskohdista (koska ne liittyvät nestedynamiikkaan), joka pystisi ampumaan pihvin riittävän nopeasti sen valmistamiseksi.

Löysimme nopeasti (mutta ei tarpeeksi nopeasti vaihtaaksemme aihetta), että artikkelimme oli hieman liian kunnianhimoinen kahdenkymmenelle vuotiaalle opiskelijalle, jotka suorittivat nestemekaniikan perehdytyskurssin. Siitä huolimatta me silti pudotimme ballistisen simulaattorin, keittokirjan ja puristavan lämmityslaskurin ja teimme parhaamme.

Yksi meistä tukahduttavista asioista oli pihvin käynnistämiseen käytetyn kaasun puristaminen. Valitsimme Heliumin, koska se oli vähiten tiheä kaasu, joka ei todennäköisesti syty liekkeihin (kuten vety).

Löysimme paineen lämmityslaskurilla nopeuden, jota tarvitsimme pihvin ampumiseen, ja käytimme Bernulliin yhtälö löytääksesi paineen, jota tarvitsemme käynnistääksemme valitsemallamme nopeudella.

Kysymys, jonka törmäsimme tiheyteen, riippuu paineesta, mutta tarvitsimme tiheyttä tarvittavan paineen laskemiseksi.

Kuinka yllä olevaan ongelmaan kohdistuva paine määritetään? Onko kyseessä vain useita iterointikierroksia, kunnes löydetään hyväksyttävä vastaus?

Voisitko ehkä esittää enemmän käyttämiäsi yhtälöitä ja määrittää tarkalleen missä tiheys ja paine näkyvät?
Neljä vastused:
#1
+6
Subodh
2015-01-27 04:09:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vakavasti ?! : D

Etsimässäsi ratkaisussa on kaksi osaa,

A) Pihvi on tykissä

B) pihvi lähtee tykistä, on ilmassa ja ruoanlaitto alkaa.

A) Sisäinen ballistiikka:

Olet tekemisissä puristettavan virtauksen kanssa. ÄLÄ KOSKAAN käytä yksinkertaista Bernaullin yhtälöä Mach-numeron ulkopuolella. 0,3. Varmista, että käytät korjaustermejä Mach-numeroon 0.7 saakka, ja sen jälkeen käytä kaasudynamiikan yhtälöitä (katso John Andersonin Moderni kokoonpuristuva virtaus ).

Siitä huolimatta tapauksesi on sama kuin ilmakiväärikotelo. Pelletin sijasta ammut pihvejä. Joten jos tiedät kuonon nopeuden, voit suunnitella tykkisi tämän paperin mukaisesti. Nyt kysymyksesi on, kuinka saadaan $ P_0 $ mainittu tässä artikkelissa, eikö? Tätä varten sinun on tehtävä käänteiset laskelmat.

B) Pihvi lähtee tykistä

Oletetaan, että haluat pihviravintoaineesi (kuten harvinaista ei suositella ilmeisesti!), selvitä ruoanlaittoon tarvittavat sisä- ja pintalämpötilat. Myös ruoanlaittoon tarvittava aika. Tässä lämpötilassa pihvi lentää todennäköisesti yliäänenopeudella. Sitten pihvin edessä on keula shokki. Voit arvioida sen turvallisesti normaalina iskuna ja käyttää normaalia iskun suhdetta laskeaksesi kokolämpötilan kokonaissuhteen. Nyt $ T_ {01} $: sta tulee ilmakehän lämpötila ja $ T_ {02} $: sta tulee pihvin pintalämpötila (käyttäen kokonaispainesuhdetta ja kaasudynamiikan suhteita). Tämä antaa sinulle tarvittavan iskulujuuden ja siten lentävän Mach-luvun. Jos oletetaan STP-olosuhteet merenpinnalla, etsi akustinen nopeus ja siten pihvin nopeus. Nyt tämä on keskimääräinen pihvinopeus. Pihviin tulee kuitenkin jatkuvasti aalto ja paine. Käytä tätä Stanfordin yliäänitaajuista siipien vetolaskuria laskeaksesi tämän vastuksen. Tässä kuvasuhteessa (AR) = 1, $ C_L = 0 $, laita pihvin pituus ja paksuus / pituus t / c. Laske siis kuonon nopeus käyttämällä newtonin toista ja sitten ensimmäistä lakia. Korvaa nyt tämä kuononopeus edellä käsitellyssä kohdassa A.

Se antaa sinulle kammiosi paineen.

Löysin myös yhden raportin, jossa tarkastellaan jousitetun aseen sisäistä ballistiikkaa. Myös Matlab-koodi on. Voit käyttää tekijän lupaa käyttää sitä.

Toinen asia on, että aiot käyttää esipuristettua pneumaattista sylinteriä, lämpötila laskee huomattavasti, kun paisuminen tapahtuu. Joten liekit eivät ole ongelma, mutta kaasun puristamisen aikana sylinterissä asiat lämpenevät, joten heliumin käyttö on älykäs liike.

Toinen tapa tehdä tämä harjoitus on kirjoittaa pieni koodi suosikkikielelläsi ja suorita mainitsemasi iteraatiot. Älä kuitenkaan käytä Bernaullin yhtälöä.

Kaikkea hyvää paperillesi.

Spekulaatiot: Jos hypoteettinen pihvi lentää yli ääniä useita minuutteja ilmassa, todennäköisesti joku koira syö sitä sadan mailin päässä sinusta!

Kippis!

Otan tämän vastauksen varaan, koska keskipitkällä harvinaisella tai jopa harvinaisella pihvillä ei ole mitään vikaa. Jauhetun lihan polttamista tykistään ja sen kypsentämistä harvinaisuuteen saakka tulisi kuitenkin välttää.
Rick, koska emme syö pihvejä täällä Intiassa (paitsi Goaa ehkä), tietoni ovat rajalliset. Siksi lisäsin sanan "ilmeisesti"! :)
Hyvä vastaus. Paperi tehtiin puolitoista vuotta sitten, olin vain utelias oikeaan tapaan tehdä tämä. Professorimme ymmärsi, että saimme itsemme yli päämme ja annoimme meille kaiken ponnistelun.
#2
+1
Trevor Archibald
2015-01-27 03:40:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Näemättä yhtälöiden yksityiskohtia kuulostaa siltä, ​​että iteraatio on vastauksesi, koska se ei ole harvinaista nestemekaniikassa. Tee koulutettu arvaus heliumin tiheydestä ( Engineering Toolbox listaa heliumin tiheyden STP: ssä muodossa $ \ rho = 0,1785 kg / m ^ 3 $ ja antaa myös NTP-tiheyden $ \ rho = 0,1664 kg / m ^ 3 $.) Käytä näitä arvoja karkeana lähtökohtana, tai saatat löytää resurssin, jonka avulla voit määrittää tarkemmin tiheyden tietyille paine- ja lämpötilaluvuille. Liitä tiheysarvot, ratkaise sitten paine ja käytä näitä painelukuja uusien tiheysarvojen ratkaisemiseksi ja katso, minkälaisen virheen saat. Toivottavasti parin tällaisen iteraation jälkeen kavennat sen pieneen osuuteen.

En kuitenkaan halua olla huonojen uutisten haltija, mutta et ole et ensimmäinen yrittää selvittää jotain tällaista, ja näyttää siltä, ​​että ongelmasi tulee olemaan aina terminaalinopeus, joka toimii sinua vastaan ​​riippumatta siitä, kuinka paljon alkunopeutta annat pihville. Ja minusta tuntuu, että vaikka Randall ei mene siihen paljon, jos menet riittävän nopeasti kypsentämään sitä ennen kuin se hidastuu, hajotat pihvin paloiksi naudanlihapaistoksi, joka ei todennäköisesti ole ' t haluamasi tulos, vaikka ne kypsyvätkin nopeammin. [tarvitaan lähde]

#3
+1
George Herold
2015-01-27 09:07:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

En ole varma, mitä tarkoitat kokoonpuristuvalla kaasulla, koska kaikki kaasut ovat kokoonpuristuvia.
Vastatakseni kysymykseen, ihanteellisen kaasun (jonka Hän on ehkä idealisti ... lähinnä ihanteellisen.) voi liittää paineen ja tiheyden ihanteellisen kaasulain mukaan.
Tämän kirjoitan nimellä

$$ PV = NkT $$

$ P $ on paine
$ V $ on määrä
$ N $ on atomien lukumäärä
$ k $ on Boltzmannin vakio
Ja $ T $ on lämpötila

Tiheyden saamiseksi otat heliumatomin massan , kerrottuna $ n $: lla ja jakamalla äänenvoimakkuudella.

* "En ole varma, mitä tarkoitat kokoonpuristuvalla kaasulla, koska kaikki kaasut ovat kokoonpuristuvia." * Pienien mach-lukumääräisten kaasujen voidaan arvioida olevan kokoonpuristumattomia.
#4
  0
Carlton
2018-08-18 00:10:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tiedän, että tämä on vanha viesti, mutta on melko yksinkertainen tapa määrittää kaasun paine, joka tarvitaan esineiden laukaisemiseen putkesta.

Oletetaan isentrooppinen laajentuminen siten, että lauseke $ \ frac {p} {p_0} = \ left (\ frac {V_0} {V} \ right) ^ \ gamma $. Täällä $ p_0 $ ja $ V_0 $ ovat ammuksen takana oleva alkuperäinen paine ja tilavuus, $ p $ ja $ V $ ovat paine ja tilavuus sen jälkeen, kun ammus on siirtänyt jonkin verran, ja $ \ gamma $ on erityinen lämpökapasiteettisuhde kuljettajan kaasun (ilma = 1,4).

Integroi nyt ammuksen paine putkessa olevan tilavuuden yli, jotta sen kineettinen energia saadaan poistuttaessa (ts. "PV" -työ):

$$ KE = \ frac {1} {2} mv ^ 2 = \ int_ {V_0} ^ {V_e} p \ cdot dV $$

missä $ m $ on ammuksen massa, $ v $ on poistumisnopeus, ja $ V_e $ on ammuksen takana oleva kaasumäärä heti, kun se poistuu. Korvaa nyt isentrooppinen yhtälö integraaliin ja ratkaise se:

$$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 = \ int_ {V_0} ^ {V_e} p_0 \ cdot \ left (\ frac {V_0} {V} \ oikea) ^ \ gamma dV $$$$ = p_0 V_0 ^ \ gamma \ int_ {V_0} ^ {V_e} \ frac {dV} {V ^ {\ gamma}} $$$$ = \ frac {p_0 V_0 ^ \ gamma} {1- \ gamma} \ vasen (V_ {e} ^ {1- \ gamma} - V_ {0} ^ {1- \ gamma} \ oikea) $$

Sitten voit vain liittää arvot kaikkeen muuhun ja ratkaista $ p_0 $.



Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...