機械工学実験報告書

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    オリフィスを利用し、圧縮性流体の熱力学的状態変化について理解する。オリフィス特性から基礎的ノズル理論を把握する。
    2. 理論
    図1に示すようにオリフィス(先細ノズル)中の完全ガス1次元流れとする。
    ? 可逆断熱変化の場合(Pvκ=Const)
      エネルギー保存の法則より
                                       (1)
               (2)
       w1/w2<<1のとき、
                           (3)
                       (4)
    記号はそれぞれw:速度、h:エンタルピ、Cp:定圧比熱、T:絶対温度、κ:比熱比、R:ガス定数、m:質量流量、F:オリフィス断面積
    ? 授受を伴う可逆変化の場合(Pvn=Constに従うものとする)
                          (5)
                       (6)
    ここでn:ポリトロープ指数である。
    ? 摩擦を伴う非可逆断熱変化の場合(Pvn=Constに従うものとする)
                           (7)
                       (8)
    ? 臨界状態(mが背圧P2に対して最大値をとる)
                                  (9)
       を臨界状態の条件とし、このときのP2/P1を臨界圧力比Pc/P1とする。
     i) ?の場合
                                       (10)
       このときの流出速度は、
         (Sound Velocity)                  (11)
    ii) ?の場合
                                        (12)
       このときの流出速度は、
                                       (13)
    iii) ?の場合
                                        (14)
       このときの流出速度は、
                             (15)
          臨界圧力を超え、背圧が真空に近づいても、出口速度が音速に達しているため、背圧の影響は上流に及ばず、流れはその状態で閉塞する(Choke)。したがってm/F-P2/P1曲線は図2に示すようになる。またκ(n)とPc/P1の関係を表1に示す。

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    機械工学実験報告書
    テーマ:圧縮性流体のオリフィス特性
    共同実験者:
                                                  
    年機械工学科
    実験の目的
    オリフィスを利用し、圧縮性流体の熱力学的状態変化について理解する。オリフィス特性から基礎的ノズル理論を把握する。
    理論
    図1に示すようにオリフィス(先細ノズル)中の完全ガス1次元流れとする。
    可逆断熱変化の場合(Pvκ=Const)
      エネルギー保存の法則より
                                       (1)
               (2)
       w1/w2<<1のとき、
                           (3)
                       (4)
    記号はそれぞれw:速度、h:エンタルピ、Cp:定圧比熱、T:絶対温度、κ:比熱比、R:ガス定数、m:質量流量、F:オリフィス断面積
    授受を伴う可逆変化の場合(Pvn=Constに従うものとする)
                          (5)
                       (6)
    ここでn:ポ..

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