如何知道喷嘴中的流动是否超音速？

对于一个项目，我建立了一个为马赫数= 3设计的会聚发散喷嘴。在该项目中，通过查看固定在喉部和发散段之间的压力计（压力下降，作为发散段），我可以知道流量已经超音速。就像超音速喷嘴一样）。

但是，这使我想到：如果要为推进目的（或任何实际目的）建造喷嘴，则在压力计中不宜在其中留有孔以保持强度均匀。我的理论计算告诉我，流动应该是超音速的，喷嘴不会产生冲击，但是在建造时，表面粗糙度，几何公差和供应压力可能不是我期望的。在那种情况下，我怎么知道气流是否超音速？

我考虑过以下方法。到目前为止，我还没有尝试过。

使用皮托管时可能没有用，因为如果流量确实超音速（如图所示），则在管子的前部会产生弓形冲击，这会增加总压力。我们可以使用Reyleigh皮托管的公式，但是如何在不影响流量/喷嘴的情况下计算静态自由流压力？
Schlieren Photography：如果我们看到倾斜的冲击/冲击钻石，那么推论将是：“流动是超音速的”。仅当震动功能非常清晰时，此功能才有效。

— 苏博德
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我认为最好将这个问题的两个部分作为单独的问题来提出。如果回答者只知道一个部分的答案。

— 2015年

反对意见：两者是很纠缠的，知道一个人的回答者很可能对另一个人有答案。我投票了。

— 里克

@GeorgeHerold在第一个问题上，由于流体是可压缩的，因此无法测量质量，因此设置控制体积并不是一件容易的事。在皮托管上，这不关大小，而是背后的实际物理原理。皮托管使流动停止，并且为了使超音速流动停止，它先经过了冲击波，从而防止了在冲击波之前合理测量出的任何东西。

— Trevor Archibald 2015年

Subodh，您是否愿意编辑此问题以专注于A部分并提出有关B部分的新问题？您可以从B部分的问题链接到此链接。任何对此有意见的人都可以从此处开始的主要聊天中加入讨论。

— Paul Gessler，2015年

当然可以，我将B部分作为一个新问题。

— Subodh 2015年

Answers:

从我对电击的短暂参与中，我认为最可能的解决方案是对排气进行成像（可能是光学成像），但可能使用干涉测量法或其他方法，具体取决于排气是什么。超声速流动的最明显迹象是，如果您能看到冲击金刚石。我认为您也可以从排气的长度上解决问题，但我不记得如何。

或者，您也可以查看产生的推力。您应该能够计算出预期的推力。这是他们在测试火箭/喷气发动机时所做的事情，因为他们实际上并不关心气流是否为超音速，只是它会产生足够的动力。

管道的简单方法是仅测量出口流量。它是管道，因此流量应恒定。但是，在实践中，我怀疑长管也有定期检查的舱口/区域，在那里它们以某种方式测量流量以检查是否有泄漏/故障。

— 尼瓦格
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请在engineering.stackexchange.com/questions/303/…

— 上将

这是一个非常不错的思想实验！总的来说，我认为您只需要知道：

$p_t$
$p_\infty$

$M=1$

\frac{p_{\infty}}{p_{t}} \leq 0.528, assuming two-atomic-gas with γ = 1.4 in \frac{p^{*}}{p_{t}} = {(\frac{2}{γ + 1})}^{γ / (γ - 1)}

$\frac{p_\infty}{p_t}\leq 0.528 \quad, \text{assuming two-atomic-gas with } \gamma=1.4 \text{ in } \frac{p^*}{p_t}=\left(\frac{2}{\gamma+1}\right)^{\gamma/(\gamma-1)}$

查看一维稳定可压缩流的方程式，只有一种解决方案，因此，无法达到音速的唯一方法是大的总压力损失，因此永远无法达到临界比。

就推力而言，您的问题的答案要复杂一些，因为设置（扩展/扩展不足）或几何形状（例如双钟形）不同。

就测量而言，您可能希望了解声速测量系统。

— 鲁尔30
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如果您仍在寻找答案，

您可以保留设计良好的楔块，该楔块在楔块表面上具有静态孔，且位于以下位置：1.楔块的表面与流轴对齐或2.与流轴对齐的对称线。您将受到罗利皮托管的皮托管压力。

$\theta$ $P_0$ $P_{\infty}$ $\beta$ $M$

— 野马
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