Enunciado
Termodinâmica - Frank White - Mecânica dos Fluidos- Ed: 6º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 67
Um tanque de suprimento a 500 kPa e 400 K fornece ar a um bocal convergente-divergente cuja área da garganta é de 9 cm². A área de saída é de 46 cm². Estabeleça as condições no bocal se a pressão externa ao plano de saída for (a) 400 kPa, (b) 120 kPa e (c) 9 kPa. (d) Em cada um desses casos, encontre a vazão em massa.
Passo 1
Bora pra mais uma!
Encontraremos a condição de projeto (supersônico isentrópico) para este bocal:
Da tabela B.1, obtemos
(c) No item C, como a pressão externa é menor que a pressão do design, temos que a expansão supersônica para fora, conforme o caso I da figura 9.12.
Agora, vamos determinar a pressão externa se houver um choque normal no plano de saída, seguindo a tabela B.2:
(b) Isso é próximo o suficiente do item b, uma contrapressão de 120kPa. Que quer dizer que há um choque normal na saída, conforme o caso F da figura 9.12.
(a) Por fim, vamos verificar a situação caso o bico a jusante da garganta é subsônico-Isentrópico:
Da tabela B.1
Que é maior que a pressão de 450kPa, o que resultará em um choque normal logo abaixo da garganta, conforme o caso D da figura 9.12.
Passo 2
(d) Em todos os três casos, a garganta está obstruída, ou seja, o fluxo mássico é máximo:
Resposta
- Um choque normal logo abaixo da garganta, conforme o caso D da figura 9.12.
- Há um choque normal na saída conforme o caso F da figura 9.12.
- Como a pressão externa é menor que a pressão do design, temos que a expansão supersônica para fora, conforme o caso I da figura 9.12.
- 0,91kg/s.