Question 1

ماذا يحدث لسرعة التدفق عند مرورها عبر فوهة متقاربة؟

Accepted Answer

مع تناقص مساحة الفوهة من المدخل وصولاً إلى الخناق، تزداد سرعة التدفق لتصل إلى قيمتها القصوى عند الخناق. ويحدث هذا التسارع لأن معدل تدفق الكتلة نفسه يجب أن يمر عبر مساحات مقطعية تتناقص تدريجياً. ويظل التدفق دون صوتي في الفوهة المتقاربة، حيث تزداد السرعة حتى تصل إلى ماخ 1 عند الخناق في ظروف التدفق المخنوق.

Question 2

ما هو التدفق المخنوق ومتى يحدث في الفوهة المتقاربة؟

Accepted Answer

يحدث التدفق المختنق عندما يصل رقم ماخ عند عنق الفوهة إلى 1، مما يعني أن سرعة التدفق تعادل سرعة الصوت. ويحدث ذلك عند نسبة ضغط خلفي تبلغ 0.5283. وبمجرد حدوث الاختناق، فإن الزيادات الإضافية في ضغط المدخل لا تؤدي إلى زيادة سرعة التدفق عند العنق، مما يقصر استخدام الفوهات المتقاربة على تطبيقات تسريع التدفق دون الصوتي.

Question 3

كيف تتحكم نسبة الضغط الخلفي في سرعة التدفق داخل الفوهة؟

Accepted Answer

تُعرَّف نسبة الضغط المرتد بأنها النسبة بين ضغط المخرج وضغط الركود عند مدخل الفوهة. وعندما يتساوى هذان الضغطان، لا يحدث تدفق. ومع انخفاض الضغط المرتد، يزداد فرق الضغط، مما يؤدي إلى تسريع سرعة التدفق عبر الفوهة. وتتحكم هذه النسبة بشكل مباشر في ظروف التدفق وتحدد ما إذا كان التدفق سيصل إلى حالة الاختناق.

Question 4

ما هي أنماط التدفق الثلاثة المتميزة في الفوهة المتقاربة-المتباعدة عند نسب ضغط خلفي منخفضة؟

Accepted Answer

تظهر ثلاثة أنماط عند نسب الضغط الخلفي المنخفضة: أولاً، تباطؤ دون صوتي مخنوق في المقطع المتباعد؛ ثانياً، تسارع فوق صوتي يليه تباطؤ إلى سرعات دون صوتية؛ وثالثاً، تسارع فوق صوتي مستمر على طول المقطع المتباعد. وتعتمد هذه الأنماط على مقدار خفض الضغط الخلفي دون حالة التدفق المخنوق البالغة 0.5283.

Question 5

ما هو التدفق مفرط التمدد والتدفق ناقص التمدد عند مخرج الفوهة؟

Accepted Answer

يحدث التدفق مفرط التمدد عندما يكون ضغط مخرج الفوهة أقل من الضغط المحيط، مما يؤدي إلى نشوء تدفق غير مستقر مع تغيرات في الضغط والسرعة. أما التدفق ناقص التمدد فيحدث عندما يتجاوز ضغط المخرج الضغط المحيط، مما ينتج حالة مماثلة من عدم الاستقرار. وتنتج كلتا الحالتين عن عدم التطابق بين الظروف الداخلية للفوهة والضغط الجوي الخارجي.

Question 6

كيف يُستخدم معامل تدفق الكتلة لتحديد ظروف التدفق المختنق؟

Accepted Answer

تزداد قيمة معامل تدفق الكتلة (MFP) مع انخفاض نسبة الضغط الخلفي حتى الوصول إلى حالة التدفق المختنق عند القيمة 0.5283. وعند هذه النقطة، يجب أن يظل معامل تدفق الكتلة ثابتاً لأن تدفق الكتلة لا يمكن أن يزداد أكثر من ذلك. ويساعد قياس معامل تدفق الكتلة عبر نسب ضغط خلفي متفاوتة في التحقق تجريبياً من التنبؤات النظرية للتدفق المختنق وانتقالات أنظمة التدفق.

Question 7

كيف تتيح الفوهة المتقاربة-المتباعدة تدفقاً فوق صوتي مقارنة بالفوهة المتقاربة؟

Accepted Answer

تعمل الفوهة المتقاربة-المتباعدة على تسريع التدفق دون الصوتي ليصل إلى سرعة ماخ 1 عند الخناق، ثم يسمح القسم المتباعد باستمرار التسارع وصولاً إلى سرعات فوق صوتية. وفي المقابل، لا يمكن للفوهة المتقاربة وحدها أن تتجاوز سرعة ماخ 1 لأن الخناق يمثل نقطة المخرج. ويوفر القسم المتباعد مساحة التمدد اللازمة لتمدد التدفق فوق الصوتي، وتُستخدم تقنية التصوير الشليرن (schlieren imaging) لتصور خصائص التدفق فوق الصوتي ومراقبة هذه الظواهر.

تحليل الفوهة: الاختلافات في عدد Mach والضغط على طول فوهة متقاربة ومتباعدة متقاربة - اختبار تقييم