Warnung Nr. 1:
Ich werde die Energieerhaltung vermeiden, aber die Massenerhaltung kann ich offensichtlich nicht außer Acht lassen.

Warnung Nr. 2:
Sowohl Geschwindigkeit als auch Druck regeln sich so ein, dass die Gesetze der Physik eingehalten werden. Es ist ja nicht so, dass einer zuerst regelt, dann folgt der Zweite. Lass dich von meiner Formulierung nicht täuschen.

Warnung Nr. 3:
Ich werde die Temperatur nicht zusätzlich zu Geschwindigkeit, Dichte und Druck berücksichtigen. Das ist zu viel für eine Erklärung.

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Es gibt viele, viele Möglichkeiten, dies zu sehen.

Die falsche, aber einfache Antwort

Menschen, die „einfach“ sagen:

Die Geschwindigkeit sinkt und der Druck steigt.

Liegen oft falsch. Dies gilt nur in perfekten, inkompressiblen, drehungsfreien Strömungen und ist als Bernouilli-Prinzip bekannt . Wenn mein (französischer!) Aerodynamiklehrer jemanden das erwähnen hörte, würde diese Person wahrscheinlich Punkte verlieren! Diese Bedingungen sind oft weit von der Realität entfernt, sodass die Konsequenzen nicht immer gelten. Es kann jedoch als Richtlinie verwendet werden, um ein Bauchgefühl für einen Low-Mach-Flow zu bekommen.

(Beachten Sie, dass bei lokalen Überschallströmungen genau das Gegenteil zutreffen kann, daher ist diese Warnung berechtigt!)

Energie

Die einfachste Antwort ist Energieeinsparung. Du hast erwähnt, dass du einen anderen wolltest:

Ich verstehe die Energieeinsparung

Also passe ich.

Kräfte

Ihre Düse ist ein konvergenter Verteiler, Ihr Diffusor ist divergent. Einer verhält sich genau entgegengesetzt zum anderen (kehren Sie einfach die Zeit bei konstantem Fluss um), also werde ich konvergente axialsymmetrische flache Düsen ansprechen. Flachheit bedeutet, dass die Geschwindigkeit überall quasi axial ist.

Darüber hinaus beschäftigen wir uns in der Luftfahrt mit Flugzeugen, daher gehe ich davon aus, dass die Einlassgeschwindigkeit eingeschränkt ist und nicht sinken kann.

Kommen wir zuerst zum Gleichgewicht.

Versuchen Sie nun, eine ruhende Flüssigkeit durch ein Drosselrohr zu stopfen. Es wird es nicht mögen und wird Widerstand leisten (Trägheit plus Oberflächendruck der axialen Komponente der Düse usw., siehe? Kräfte!), wodurch sein Druck erhöht wird. Dieser Druckanstieg breitet sich auf den gesamten Einlass aus und erhöht diesen Druck. Und jetzt hat die Ansaugung alles, was sie braucht, um die ganze Flüssigkeit nach vorne zu drücken:

• hoher Ansaugdruck P0
• erzwungene Ansauggeschwindigkeit V0

So bewegt sich die Flüssigkeit effektiv durch das Rohr.

Wie kann man das Gleichgewicht beschreiben

Zunächst einmal hat jeder radiale Flüssigkeitsabschnitt einen quasi gleichmäßigen Druck, sonst würde die Flüssigkeit eine große radiale Geschwindigkeit aufnehmen, sodass wir uns noch nicht im Gleichgewicht befinden würden.

Als nächstes wenden Sie die Massenerhaltung an. Es erzwingt einen Erhaltungsfluss durch jeden Flüssigkeitsabschnitt mit A×V×rho=Cte. Wenn der vordere Bereich eingeschränkt ist, müssen entweder Geschwindigkeit und Dichte oder beide zunehmen. Der Betrag, um den jeder zunimmt, hängt von den Eigenschaften des Fluids ab (Kompressibilität usw.). Also los geht's: Geschwindigkeit muss in der konvergenten Düse zunehmen . Als Nebenprodukt kann auch die Dichte zunehmen .

Wie passiert das?

Einfach, eine Kraft muss die Flüssigkeit drücken. Denken Sie daran, dass der Einlass einen sehr hohen Druck hat, der notwendig ist, um einen gleichmäßigen Durchfluss aufrechtzuerhalten? Nun, dieser Druck treibt die Flüssigkeit an (und es muss auch am engeren Ende (Ausgang) einen niedrigen Druck geben).

Wenn wir eine statische Analyse eines dünnen Flüssigkeitsabschnitts durchführen, hat er hinten eine niedrige Geschwindigkeit und vorne eine hohe Geschwindigkeit, sodass jedes Molekül beschleunigt wird. Der Abschnitt dahinter sorgt für hohen Druck, dieser Druck übersetzt sich in eine axiale Kraft, die Moleküle beschleunigen. Der Abschnitt vorne hat weniger Druck und drückt nicht so stark nach hinten. Dieses starke Vorwärtsdrücken/nicht so starke Zurückdrücken ist die Druckdifferenz .

Entlang der Strömung sollten wir also sehen, dass der Druck abnimmt .

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Bitte schön, ich habe verwendet:

• Steady-Flow-Annahme
• Erhaltung der Masse
• zweites Gesetz von Newton

Schau Ma, keine Energie!

PS tut mir leid, wenn ich so klinge, als würde ich mit einem 5-Jährigen sprechen!

Während wir auf eine wahrscheinlich bessere Antwort warten, hier ist meine vorläufige Antwort.

Sie geben an, dass Sie das Konzept des konstanten Massenstroms verstehen. Lassen Sie uns für einen Moment den Massenstrom richtig schreiben:

$$\dot{m} = \rho A v$$

links haben wir den Massenstrom$\dot{m}$, rechts haben wir die Dichte$\rho$, das Gebiet$A$, und die Geschwindigkeit$v$.

Wenn wir wollen$\dot{m}$konstant sein, während sie sich ändern$A$, wir müssen uns ändern$\rho$und$v$entsprechend. In diesen Szenarien$\rho$wird als ungefähr konstant angenommen, wobei nur die Geschwindigkeit als freie Variable übrig bleibt. Während dies eher für Flüssigkeiten zutrifft, ist es auch bei Luft nicht allzu weit von der Realität entfernt (obwohl Sie möglicherweise geringfügige Unterschiede in der Dichte beobachten).

Woher kommen die Kräfte? Die Wände des Kanals und die Flüssigkeit stromabwärts (beim Abbremsen wirkt die bereits langsamere Flüssigkeit effektiv als "Wand" für die einströmende Flüssigkeit) oder die Flüssigkeit stromaufwärts (beim Beschleunigen drückt die einströmende Flüssigkeit den Rest von die Flüssigkeit wie ein extrudierender Kolben).

Mit anderen Worten kommt die erforderliche Energie aus der Druckdifferenz (das schnellere Fluid hat einen niedrigeren Druck).