اثر كادنسی Kadenacy effect

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1639

سپاس: 3160

جنسیت:

تماس:

اثر كادنسی Kadenacy effect

پست توسط rohamjpl »

هر چه اختلاف فشار در یک منطقه کوچک بیشتر باشد، باد قوی تر می شود. و هرچه باد شدیدتر باشد، امواج بزرگتر خواهند بود. فشار معمولی هوا در سطح دریا 1013.25 هکتوپاسکال (hpa) است. هر چیزی که بالاتر از این استاندارد باشد فشار بالا و هر چیزی که پایین تر باشد فشار پایین است.هنگامی که فشار صوت در فاز کم فشار موج صوتی به اندازه کافی کم می شود، محیطی که صدا از آن عبور می کند پاره می شود یا حفره می شود. فشار کم محیط را در کشش قرار می دهد و حباب ایجاد می کند. حباب ها هنگام فروپاشی صدا تولید می کنند.موتور پالس جت نوعی از موتورهای جت به شمار می‌آید که احتراق در آن‌ها به صورت پالسی (پله‌ای) رخ می‌دهد.
رکت گاز خروجی خروج از سیلندر موتور احتراق داخلی افت فشار در سیلندر را ایجاد می کند که به جریان یک کمک می کند شارژ تازه هوا یا مخلوط سوخت و هوا در سیلندر. با طراحی دقیق مجاری ورودی و اگزوز می توان اثر را به حداکثر رساند.
من مثال بزنم شاید ساده‌ترین «موتور» واکنش، یک بادکنک لاتکس باد شده باشد: با دمیدن هوا در آن، فشار آن را فشار می‌دهید، در حالی که می‌روید گردن باد را بسته می‌کنید. سپس، هنگامی که فکر می کنید "آماده" است (یا آنقدر خسته هستید که نمی توانید آن را بیشتر کنید)، آن را رها می کنید. بالون در جهت‌های غیرقابل پیش‌بینی تغییر زوم می‌کند و در نهایت در جایی پایین می‌آید و فقط در یک پشته در آنجا قرار می‌گیرد.
برای دیدن اینکه فشار بالون با پرواز به اطراف به تدریج کاهش یافته است، نیازی به تخیل زیادی نیست تا اینکه سرانجام به فشار هوای بیرون رسید. این یک شکل بسیار خام از موشک مدل است. به این ترتیب، تا زمانی که دوباره بارگذاری نشود، یک دستگاه "یک شات" است.
چه اتفاقی می‌افتد اگر روشی برای باد کردن مجدد بالون به فشار اولیه‌اش در حالی که هنوز در حال پرواز بود داشته باشیم؟ اگر این مکانیسم کارآمد بود ما یک موتور داشتیم که حرکت خودش را به طور نامحدود ادامه می داد!
اگرچه ممکن است عجیب به نظر برسد، ساختن دستگاهی کاملاً امکان پذیر است که هوا را به بیرون منفجر می کند تا "تراست" شبیه موشک ایجاد کند و سپس دوباره به خود فشار بیاورد! معلوم می شود که ظرفی مانند بالون نمی تواند این کار را انجام دهد زیرا بسیار بزرگ است و "نازل" خروجی بسیار کوچک است. در آن شرایط، فشار هوا به تدریج کاهش می یابد تا جایی که از فشار هوای اطراف آن بیشتر نشود. با این حال، اگر مخزن هوا به جای یک غشای انعطاف پذیر از مواد سفت و سخت ساخته شده باشد، و اگر از یک نازل بسیار بزرگتر خارج شود، عمل بسیار پیچیده تر است: اول، هوا بسیار سریعتر به بیرون می رود (به دلیل باز شدن بزرگتر). و بنابراین فشار بسیار سریعتر کاهش می یابد. دوم، زمانی که هوای مخزن به فشار هوای بیرون می‌رسد، هوا از خروج سریع خارج نمی‌شود -- سرعت بالای هوای خروجی آن را در حرکت نگه می‌دارد و فشار هوای داخل همچنان کاهش می‌یابد! سوم، در نهایت اختلاف فشار بین هوای داخل و هوای بیرون آنقدر زیاد می شود که جریان خروجی واقعاً کند می شود و متوقف می شود. و چهارم، در این نقطه، در حال حاضر اختلاف فشار معکوس شده باعث می شود که هوا شروع به جریان مجدد به داخل مخزن برای پر کردن مجدد آن کند.
چیزهای بیشتری وجود داره همانطور که هنگام مساوی بودن فشارها، خروج هوا متوقف نشد جریان ورودی نیز در آنجا متوقف نمی شود! بنابراین در نهایت این عمل تا زمانی ادامه می یابه که بار دیگر فشار بیشتری در مخزن ایجاد بشه تا زمانی که به نقطه ای برسد که جریان متوقف شود. هنگامی که شما واقعاً این چرخه فشار رفت و برگشت را تجسم کنید، واقعاً بسیار شگفت انگیز است - در واقع نوعی پمپ هوای رفت و برگشتی بدون هیچ قطعه متحرکی است! چیزی که من توضیح دادم به عنوان "عمل کادنسی" یا "اثر کادنسی" شناخته می شود،
اگر حرکت هوا یک پدیده "بدون تلفات" (100 درصد کارآمد) باشد، این عمل پمپاژ منجر به بازیابی کامل فشار بالای اولیه در مخزن می شود و چرخه برای همیشه ادامه می یابد (یک "ماشین حرکت دائمی" با بدون قطعات متحرک!). البته، در واقعیت، به این ترتیب کار نمی‌کند - ویژگی‌های آیرودینامیکی مانند کشش و تلاطم در هر چرخه تأثیر خود را می‌گذارند، بنابراین فشار بازیابی شده همیشه کمتر از مقدار اولیه است، و این فرآیند "کاهش می‌یابد". هنگامی که فشار اولیه تنظیم شد و نازل باز شد، می توان فشار را در پایه یک مخزن واقعی رسم کرد - به عنوان مثال، ما از یک مخزن به اصطلاح "چراغ قوه" استفاده می کنیم (یک مخزن کوتاه). مخزن چربی که ما آن را "محفظه" می نامیم، یک مخروط انتقالی کوتاه به نام "نازل" و یک مجرای لوله‌ای بسیار طولانی‌تر که از آن به عنوان "لوله" یاد می‌کنیم - همه دارای سطح مقطع کاملاً دایره‌ای هستند و همگی روی یک قرار دارند. خط مرکزی مشترک):
مجرا به اصطلاح "چراغ قوه شکل" - انتهای سمت راست تنها دهانه به هوای بیرون استتصویر
انتهای سمت چپ کاملاً بسته است (به عنوان یک صفحه کمی گنبدی نشان داده شده است). انتهای سمت راست کاملا باز است و در اینجا اولین مثال ما از تغییر فشار در "جلو" بسته محفظه (نزدیک به انتهای سمت چپ در نقاشی بالا) است که در یک بازه زمانی 0.02 دوم نمودار شده است:
این شکل ظرف مهم است زیرا شکل اصلی بدنه اصلی یکی از ساده ترین اشکال پالس جت است. با این حال، من آن را انتخاب کردم، زیرا فشار در محفظه در طول زمان به عنوان یک شکل بسیار "تمیز" نمودار می شود - تقریباً یک منحنی سینوسی میرا شده کامل. همانطور که در اینجا به وضوح دیده می شود، اصطلاح "مرا" صرفاً به این واقعیت اشاره دارد که قدرت (قدرت) منحنی در طول زمان "کاهش می یابد". این واقعیت گواه روشنی است که ما به یک فرآیند بدون ضرر نگاه نمی کنیم. به یاد داشته باشید که این نمودار فشار هوا در انتهای جلوی بسته محفظه است که اتفاقاً محل قرارگیری آن است.e بزرگترین نوسانات فشار در مجراّ
موتور پالس جت بدون کمپرسور با جریانی ناپایدار Unsteady است و به دلیل پیچیدگی کمی که در ساخت آن وجود دارد. به بیان ساده، موتور پالس جت مانند لوله‌ای با دو سر باز است که سوخت از یک طرف وارد می‌شود و با مشتعل شدن و انفجار، در نهایت از بخش اگزور (خروجی) خارج می‌شود.
موتور پالس جت چیست ؟
پالس جت از جمله موتورهای جت که در آن هیچ پیش‌تراکمی برای چاشنی صورت نمی‌گیرد. به لحاظ مکانیکی، این موتور جت بسیار ساده است و از یک دیفیوزر ورودی کوتاه، چندین «سوپاپ یک‌طرفه» (Check Valve)، محفظه احتراق و لوله ونتوری‌شکل تشکیل شده که در تصویر زیر نمایش داده شده است.
موتور پالس جت
یک سیستم تزریق سوخت در پایین‌دست سوپاپ‌ها قرار دارد. هوای ورودی به موتور با عبور از طریق سوپاپ‌ها با افشانه‌های سوخت ترکیب و مخلوط حاصل مشتعل می‌شود. در نتیجه افزایش فشار حاصل از انفجار، سوپاپ‌های جریان ورودی بسته خواهند شد و گازهای خروجی با انبساط، از طریق لوله اگزوز خارج می‌شوند. خروج این گازها موج‌هایی انبساطی تولید می‌کند که سبب کاهش فشار در پشت سوپاپ‌های یک‌طرفه شده و این چرخه بار دیگر تکرار می‌شود.
تنها در لحظه شروع کار (استارت) موتور پالس جت به جرقه نیاز داریم زیرا گازهای داغ از چرخه‌های قبل سبب مشتعل شدن چاشنی انفجاری می‌شوند. معمول‌ترین نوع موتور پالس جت از نوع سوپاپ‌دار است اما انواع «بدون سوپاپ» (Valve Less) نیز وجود دارد.
نحوه کار موتور پالس جت بدون دریچهتصویر
در شکل زیر، نوعی موتور پالس جت بدون دریچه (بدون سوپاپ) نشان داده شده که شامل محفظه‌ای با دو بخش لوله‌ای با قطرها و طول‌های متفاوت است. بخش خمیده، لوله ورودی و بخش دیگر، لوله اگزوز (خروجی) را تشکیل می‌دهند. در برخی از موتورهای بدون سوپاپ، این لوله اگزوز است که بخش خمیده را تشکیل می‌دهد.
زمانی که مخلوط هوا-سوخت در محفظه احتراق، منفجر می‌شود، فشار داخل به سرعت افزایش پیدا می‌کند. این فشار سبب انبساط و خروج گاز با سرعت بالا خواهد شد. با خروج این گاز داغ، «رانش» (Thrust) بوجود می‌آید. به دلیل وجود اینرسی، انبساط حتی بعد از افت فشار و رسیدن به فشار اتمسفریک ادامه می‌یابد، در پایین‌ترین نقطه، خلائی جزئی در محفظه رخ می‌دهد که تکانه گاز انبساطی به صفر می‌رسد و انبساط متوقف می‌شود. این فرآیند به طور خودکار خود را معکوس می‌کند و هوای تازه از دو بخش به داخل محفظه خلا وارد می‌شود.
در بخش ورودی، هوا به سرعت از میان لوله کوتاه عبور می‌کند و با ورود به محفظه احتراق، با سوخت ترکیب می‌شود. لوله اگزوز اما طول بیشتری نسبت به لوله ورودی دارد در نتیجه مدت زمان بیشتری طول می‌کشد تا به محفظه احتراق برسد. یکی از دلایل طول بیشتر این است که در زمان شروع مکش، بخشی از گازهای داغ در داخل باقی مانده باشند. این گازهای داغ باقیمانده در این مرحله به داخل محفظه رانده و با مخلوط-هوا سوخت جدید مخلوط می‌شوند. گرما و رادیکال‌های آزاد در گاز سبب شعله‌ور شدن و تکرار مراحل قبل خواهند شد.
اثر کادناسیتصویر
در توضیح چرخه‌ها باید گفت که اینرسی، گاز انبساطی را تا زمان کاهش فشار محفظه احتراق به کمتر از فشار اتمسفریک، به بیرون می‌راند. در بخش بعدی چرخه، عکس این عمل رخ می‌دهد که در آن، هوای خروجی برای پر کردن خلا به درون محفظه کشیده خواهد شد. ترکیب تکانه این گازها به هنگام ورود از دو بخش ورودی و خروجی سبب می‌شود تا فشار محفظه، قدری بالاتر از فشار اتمسفریک باشد.
در نتیجه، داخل موتور، نوسانی از فشار ناشی از اینرسی خواهیم داشت به گونه‌ای که فشار به صورت نوسانی در مقادیر بالا و پایین فشار اتمسفریک به شکلی میرا تغییر می‌کند. به این حالت، «اثر کادِناسی» (Kadenacy Effect) می‌گویند که بدون این اثر، موتور پالس جت قادر به کار نبود.
مزایای موتور پالس جت
نقطه قوت موتور پالس جت که قابل قیاس با سایر سازه‌های مکانیکی نیست را باید در سادگی آن جستجو کرد چراکه ساخت آن خاصه در مدل‌های بدون سوپاپ، بسیار ساده است و پیشرانه‌ای بسیار کوچک اما با صدایی زیاد را فراهم می‌کند. علاوه بر این، از نمونه‌های بدون سوپاپ و حرارت ایجاد شده آن در سیستم‌های گرمایش مرکزی (موتورخانه‌ها) نیز استفاده می‌شود که سبب کاهش قابل توجه هزینه‌ها خواهد شد.تصویر
موتور پالس جت تنها موتوری است که افزایش فشار خالصی را بین ورودی و خروجی (اگزوز) نشان می‌دهد. سایر موتورها باید بیشترین فشار را در انتهای بخش ورودی ایجاد کنند. در نتیجه این اتفاق، کاهش فشار خواهیم داشت و این کاهش فشار مانع از ورود گازهای داغ تولیدی به بخش ورودی می‌شود و گازها تنها به طرف خروجی حرکت می‌کنند.
در موتورهای جت به طور معمول فشار ورودی توسط یک کمپرسور تامین می‌شود که پیچیدگی و هزینه زیادی دارد و بیشتر نیرو محرکه تولیدی موتور به حرکت کمپرسور اختصاص پیدا می‌کند. اما در موتور پالس جت این موضوع متفاوت است چراکه فشار اگزوز بیشتر از فشار ورودی است و بنابراین،‌ افت فشاری نخواهیم داشت. این عمل بدون از دست دادن توان تولیدی محفظه احتراق صورت می‌گیرد که این امر، افزایش فشاری در حدود ۵ درصد را شامل می‌شود و سبب بهبود بازده کل خواهد شد.
محدودیت های موتور پالس جت
از مشکلات موتورهای پالس‌جت این است که بهره‌گیری از بازده بالای این موتورها ساده نیست. از موتور پالس جت به طور معمول به عنوان محفظه احتراق موتورهای توربینی استفاده می‌شود تا این‌که آن‌ها را به عنوان یک موتور مستقل بکار بگیرند. متاسفانه، یک توربین به جریانی پایدار برای عملکرد مناسب نیاز دارد و ناپایداری این موتورها، برای تیغه توربین‌ها مشکل ایجاد می‌کند. البته تیغه‌های شعاعی دوام بیشتری دارند که گرچه بازدهی آن‌ها نیز کمتر است.
علاوه بر این، مصرف سوخت این موتورها نیز بسیار زیاد است و لرزش و صدای زیادی نیز به همراه دارند. همچنین، به دلیل گرمای تولیدی به موادی مقاوم در برابر حرارت نیاز است و در نتیجه، حداقل باید از آلیاژهای نیکل-کروم فولاد ضدزنگ برای آن‌ها استفاده کرد.
چرخه پالس جت
عملیات پالس جت را می‌توان با ترکیب دو چرخه توضیح داد. این دو چرخه در زیر آورده شده‌اند:‌
«چرخه لونوار» (Lenoir Cycle)
«چرخه همفری»‌ (Humphrey Cycle)
در چرخه لونوار در ابتدا تراکمی به صورت فشار ثابت داریم و در ادامه در حجم ثابت،‌ افزایش دما خواهیم داشت. سپس، انبساط آدیاباتیک و در نهایت، چرخه همفری داریم.hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
تصویر

ارسال پست