Hallo allemaal,
Ik heb een vraag over kritische stroming, genaamd choked flow. Eerst zal ik wat toelichting geven:
Wanneer een vat onder druk staat en geopend wordt door een klep geldt Choked flow alleen als de downstream druk ongeveer 2x zo laag is als de upstream druk. (afhankelijk van het medium) Wanneer de downstream druk 2 x zo laag is als de upstream druk is de maximale massastroom bereikt. Het nog verder afnemen van de downstream druk heeft verdere invloed op de massastroom (deze blijft dan gelijk). Dit heeft te maken dat bij de betreffende drukverhouding de geluidsnelheid is bereikt. Het medium kan zich niet sneller verplaatsen dan de geluidsnelheid. In de onderstaande link is meer informatie te vinden over choked flow:
http://en.wikipedia.org/wiki/Choked_flow
Nu is mijn vraag waarom het medium niet sneller kan dan de geluidsnelheid? En hoe is dit bepaald en waarom juist tot de geluidsnelheid? Bij de laval nozzle (http://en.wikipedia.org/wiki/De_Laval_nozzle) kan echter wel de geluidsnelheid overschreden worden (Machgetal > 1). En wanneer het harder medium harder gaat dan de geluidsnelheid zoals bij de laval nozzle, hoe zit het dan met de geluidbarriere?
Zou iemand mij hiermee verder kunnen helpen? Ik ben enorm benieuwd en geinteresseerd naar het antwoord.
Alvast heel hartelijk dank.
Met vriendelijke groet,
John.
Laatste berichten
-
23:12
speciale rel. theorie 10
-
22:57
Straatklok loopt 5 minuten voor 11
-
22:57
wig 6
-
22:36
Gravity and gravitation 4
-
22:24
[scheikunde] vraag Chemie - wat is de oplossing? 10
-
19:47
Bruine vlekken op treinaanwijzerbord 10
-
19:44
Vogels in de stad zijn goede klussers 2
-
19:12
Rood laserlicht 3
-
17:30
Herleiden afmetingen vanaf een foto 21
-
16:34
[wiskunde] Prijs Product per KG; Alternatief Inzicht 3
-
13:57
do-re-mi-fa-so vliegtuigen 9
-
13:16
geen minkowski-ruimte toch? Doe ik dit nou fout? 17
-
13:12
[natuurkunde] kroon van koning op Syracuse 10
-
10:15
2013 – Augustus Vraag 3 3
-
24 apr
Vraag 2009 Juli Vraag 5 5
-
24 apr
positie 2
-
24 apr
Schroefdraad berekening 8
-
24 apr
[scheikunde] Kan chloorgas de geleiding van elektriciteit belemmeren? 9
-
23 apr
Weerfrustratie 9
-
23 apr
Kunnen quantum Zonnecellen 190% quantum efficiënt zijn 3
Nieuwsberichten
-
04 mar
Een nieuw soort magnetisme: altermagnetisme
-
31 okt
AI kan via stem diabetes vaststellen 11
-
21 okt
Einstein krijgt wéér gelijk 45
-
07 feb
witter dan wit 20
-
19 jun
irrigatie en de aardas
Choked flow
Moderator: physicalattraction
-
- Pluimdrager
- Berichten: 4.167
Re: Choked flow
Simpel gezegd: In een De Laval nozzle is de stroming (nagenoeg) isentropisch en wordt de maximale snelheid bepaald door de energiebalans van isentropische expansie en Bernoulli.
Stroming door een orifice of een stuk pijp is absoluut niet isentropisch maar de entropietoename is maximaal en dat betekent dat de maximaal mogelijke snelheid gelijk aan
(γ.R.T/M) wat ook de formule voor geluidssnelheid is.
Om dat verschil aan te tonen vergt nogal wat theorie met formules.
Als je dat echt moet weten raad ik je aan hoofdstuk 4 te lezen in het boek: Coulson & Richardson's Chemical Engineering Volume 1.
Stroming door een orifice of een stuk pijp is absoluut niet isentropisch maar de entropietoename is maximaal en dat betekent dat de maximaal mogelijke snelheid gelijk aan
(γ.R.T/M) wat ook de formule voor geluidssnelheid is.Om dat verschil aan te tonen vergt nogal wat theorie met formules.
Als je dat echt moet weten raad ik je aan hoofdstuk 4 te lezen in het boek: Coulson & Richardson's Chemical Engineering Volume 1.
Hydrogen economy is a Hype.
Re: Choked flow
Bedankt voor je reactie. Het gaat om choked flow door een klep. Ik was juist van de veronderstelling dat choked flow indien er geen frictie is en adiabatisch dat het isentropisch is? Waarom is dit fout en waarom het juist absoluut niet isentropisch? Ik ben benieuwd naar uw antwoord. Gr.
-
- Pluimdrager
- Berichten: 4.167
Re: Choked flow
Omkeerbaar adiabatisch is isentropisch. De stroming door een klep (of orifice of stuk nauwe pijp) is beslist niet omkeerbaar. De drukenergie wordt door wrijving en turbulenties volledig omgezet in warmte en men spreekt dan van Joule-Thomson effect bij smoring.
Bij een converging-diverging nozzle zoals De Laval is de vorm van de nozzle zodanig geoptimaliseerd dat de stroming (nagenoeg) isentropisch is en de resulterende enthalpiedaling (temperatuurdaling t.g.v. Wet van Poisson) volledig gebruikt wordt voor omzetting in kinetische energie van het uitlaatgas.
Bij een converging-diverging nozzle zoals De Laval is de vorm van de nozzle zodanig geoptimaliseerd dat de stroming (nagenoeg) isentropisch is en de resulterende enthalpiedaling (temperatuurdaling t.g.v. Wet van Poisson) volledig gebruikt wordt voor omzetting in kinetische energie van het uitlaatgas.
Hydrogen economy is a Hype.
Re: Choked flow
Hoe zou ik omkeerbaar dan kunnen defineren? Ik dacht dat het de wrijving/frictie was. Zou ik de choked flow vergelijking wel voor de klep kunnen toepassen wanneer de drukverhouding kleiner is dat de kritische drukverhouding? (hiervoor doe je nagenoeg isentropische aannamen) Wordt dit dan gecompenseerd door de kritische flow coefficient?
Re: Choked flow
(zie example 4.1 coulson and richardson volume 1).Hoe zou ik omkeerbaar dan kunnen defineren? Ik dacht dat het de wrijving/frictie was. Zou ik de choked flow vergelijking wel voor de klep kunnen toepassen wanneer de drukverhouding kleiner is dat de kritische drukverhouding? (hiervoor doe je nagenoeg isentropische aannamen) Wordt dit dan gecompenseerd door de kritische flow coefficient?
Hoe zou ik de de expansie over de klep dan kunnen beschouwen in mijn situatie (er is grote flowrate en groot equipement dus isothermal valt af). het zou dus isentropisch of non isothermal kunnen zijn maar wat maakt hier het verschil. Ik kom er echt niet uit. Ik ben razend benieuwd naar uw antwoord. Alvast bedankt.
-
- Pluimdrager
- Berichten: 4.167
Re: Choked flow
Ik begrijp nauwelijks wat je bedoelt.Hoe zou ik omkeerbaar dan kunnen defineren? Ik dacht dat het de wrijving/frictie was. Zou ik de choked flow vergelijking wel voor de klep kunnen toepassen wanneer de drukverhouding kleiner is dat de kritische drukverhouding? (hiervoor doe je nagenoeg isentropische aannamen) Wordt dit dan gecompenseerd door de kritische flow coefficient?
Wrijving/frictie zorgt er juist voor dat stroming niet isentropisch is.
Wat je met kritische flow coefficient bedoelt weet ik niet, wellicht bedoel je Coefficient of Discharge? Dat is een empirische matsfactor om ervoor te zorgen dat het theoretische debiet uit formules overeenkomt met het werkelijke debiet in de praktijk.
Ik heb in het verleden diverse malen geschreven over Choked Flow en Non-Choked Flow: http://www.wetenschapsforum.nl/index.php?a...hlite=%2Bchoked
Kijk vooral goed naar het prentje wat ik in dit bericht plaatste met alle relevante formules, zowel voor Choked als voor Non-Choked Flow.
In jouw situatie? Ik weet toch niet wat dat is. Je moet duidelijker schrijven wat je bedoelt.Hoe zou ik de de expansie over de klep dan kunnen beschouwen in mijn situatie (er is grote flowrate en groot equipement dus isothermal valt af). het zou dus isentropisch of non isothermal kunnen zijn maar wat maakt hier het verschil.
Wat is nou precies jouw probleem? Wat wil je berekenen?
Gebruik gewoon de formules uit dat prentje.
Kom anders eens met de getallen van jouw probleem.
Hydrogen economy is a Hype.
Re: Choked flow
Oke excuses hiervoor. Bij deze wat duidelijkere probleemomschrijving:
- Op een vat van 10 m3 lpg met een druk van 15 bar is een klep aangesloten.
- De backpressure is ongeveer 2 bar deze moet ik nog precies berekenen zie (1).
- Als de klep opengaat zal lpg verdampen als gevolg van drukafname en massa zal afnemen in het vat.
- Omdat de drukverhouding kleiner is dan de kritische drukverhouding kan de choked flow formule worden toegepast.
- Deze choked flow formules zijn gebaseerd op gelijke entropie voor en na de klep (isentropisch)
Ik wil graag de procescondities na de klep weten en wil graag begrijpen waarom het isentropisch is en of ik de formule mag toepassen voor het bepalen van de massastroom door de klep.
(1) Als ik op deze manier kan bepalen van de procescondities aan de downstream kant van de klep zijn kan ik de daadwerkelijke backpressure berekenen dmv aantal bochten etc.
Ik hoop dat ik duidelijker ben op deze manier. Ben benieuwd naar uw antwoord.
- Op een vat van 10 m3 lpg met een druk van 15 bar is een klep aangesloten.
- De backpressure is ongeveer 2 bar deze moet ik nog precies berekenen zie (1).
- Als de klep opengaat zal lpg verdampen als gevolg van drukafname en massa zal afnemen in het vat.
- Omdat de drukverhouding kleiner is dan de kritische drukverhouding kan de choked flow formule worden toegepast.
- Deze choked flow formules zijn gebaseerd op gelijke entropie voor en na de klep (isentropisch)
Ik wil graag de procescondities na de klep weten en wil graag begrijpen waarom het isentropisch is en of ik de formule mag toepassen voor het bepalen van de massastroom door de klep.
(1) Als ik op deze manier kan bepalen van de procescondities aan de downstream kant van de klep zijn kan ik de daadwerkelijke backpressure berekenen dmv aantal bochten etc.
Ik hoop dat ik duidelijker ben op deze manier. Ben benieuwd naar uw antwoord.
-
- Pluimdrager
- Berichten: 4.167
Re: Choked flow
Inderdaad, je moet in dit geval de formule voor choked flow gebruiken.- Omdat de drukverhouding kleiner is dan de kritische drukverhouding kan de choked flow formule worden toegepast.
Nee, nogmaals: stroming door een klep of orifice is NIET isentropisch.- Deze choked flow formules zijn gebaseerd op gelijke entropie voor en na de klep (isentropisch)
Je kunt niet begrijpen waarom het isentropisch is want nogmaals: het is NIET isentropisch. De entropie van het gas ná de klep is gróter dan ervoor. In dit soort gevallen is de gasstroming isenthalpisch.Ik wil graag de procescondities na de klep weten en wil graag begrijpen waarom het isentropisch is en of ik de formule mag toepassen voor het bepalen van de massastroom door de klep.
Alleen de stroming door een De_Laval nozzle is (nagenoeg) isentropisch.
Jouw geval betreft gasstroming door een klep met een zodanige drukverhouding dat de stroming choked is. Een simpel alledaags probleempje eigenlijk. In zulke gevallen is de stroming (nagenoeg) isenthalpisch en er is een kleine temperatuursdaling over de klep door Joule-Thomson koeling.
Je geeft geen compositie van de LPG maar gezien de druk vermoed ik dat het (hoofdzakelijk) propaan is. Als verzadigde propaandamp van 15 naar 2 bar afgelaten wordt door een klep zal de temperatuur ongeveer 25 graden dalen. Als de stroomsnelheid in de leiding na de klep veel groter is dan ervoor zal de temperatuur nog een paar graden meer dalen omdat de toename van de kinetische energie ten koste gaat van de enthalpie van het gas.
Als je zou weten wat de A (gatoppervlak) binnenin de klep is en wat voor die klep de C (coefficient of discharge)is dan kun je met de choked flow formule berekenen wat het debiet is bij vol geopende klep.
Maar omdat het blijkbaar om een regelklep (control valve) gaat kun je echter beter de formules gebruiken die de fabrikant gewoonlijk meelevert in de documentatie.
Zoek eens uit wat de fabrikant , typenummer en afmeting (size) van de klep zijn.
Hydrogen economy is a Hype.
Re: Choked flow
Oke ik begin het al wat beter te begrijpen. Hartstikke bedankt. Ik bedoelde met isentropisch dat de choked flow formule opgebouwd is met isentropische aannamen.
Er wordt dus gebruik gemaakt van de "stagnation properties"? (h0=h +(v^2/2) isenthalpisch.
Hierbij wordt echter wel het volgende gezegd:
"However, the actual stagnation conditions are lower than the isentropic stagnation conditions since entropy increases during the actual stagnation process as result of fluid friction. THe stagnation processes are often aprroximated to be isentropic, and the isentropic stagnation properties are simply reffered to as stagnation properties."
Dit heb ik uit mijn thermodynamica boek. Kan ik dan toch deze aannamen aanhouden?
Tot slot heb ik nog 1 vraag waarvan ik hoop van u antwoord te krijgen om een goed beeld te krijgen.
Het is me gelukt af te leiden waarom je niet harder kan dan je geluidsnelheid (theoretisch) Maar wat is de praktische gedachten erachter?
Er wordt dus gebruik gemaakt van de "stagnation properties"? (h0=h +(v^2/2) isenthalpisch.
Hierbij wordt echter wel het volgende gezegd:
"However, the actual stagnation conditions are lower than the isentropic stagnation conditions since entropy increases during the actual stagnation process as result of fluid friction. THe stagnation processes are often aprroximated to be isentropic, and the isentropic stagnation properties are simply reffered to as stagnation properties."
Dit heb ik uit mijn thermodynamica boek. Kan ik dan toch deze aannamen aanhouden?
Tot slot heb ik nog 1 vraag waarvan ik hoop van u antwoord te krijgen om een goed beeld te krijgen.
Het is me gelukt af te leiden waarom je niet harder kan dan je geluidsnelheid (theoretisch) Maar wat is de praktische gedachten erachter?
-
- Pluimdrager
- Berichten: 4.167
Re: Choked flow
Alleen voor stroming tot in de vena contracta (VC), net na de orifice, wordt in die formule aangenomen dat de stroming isentropisch is. De druk in de VC is ongeveer de helft van de druk vóór de orifice. Temperatuur (en dus enthalpie) in de VC is laag door isentropische drukverlaging (wet van Poisson) en snelheid is hoog (geluidssnelheid). In werkelijkheid is de stroming tot in de VC niet isentropisch en is dus een correctiefactor, namelijk die Coefficient of Discharge in de formule nodig om het in overeenstemming te brengen met de praktijk. Ná de VC wordt de hoge kinetische energie door turbulenties en wrijving weer (grotendeels) omgezet in hogere enthalpie, hogere temperatuur als de snelheid daalt naar die welke hoort bij de diameter van de uilaatpijp. Dat is dus volstrekt niet-isentropisch.Ik bedoelde met isentropisch dat de choked flow formule opgebouwd is met isentropische aannamen.
Uit Eerste Hoofdwet en Wet van Bernoulli volgt algemeen dat:Er wordt dus gebruik gemaakt van de "stagnation properties"? (h0=h +(v^2/2) isenthalpisch.
Hierbij wordt echter wel het volgende gezegd:
"However, the actual stagnation conditions are lower than the isentropic stagnation conditions since entropy increases during the actual stagnation process as result of fluid friction. THe stagnation processes are often aprroximated to be isentropic, and the isentropic stagnation properties are simply reffered to as stagnation properties."
Dit heb ik uit mijn thermodynamica boek. Kan ik dan toch deze aannamen aanhouden?
Q + W + U1 + m·(0,5·v12 + p1/ρ1 + g·z1) = U2 + m·(0,5·v22 + p2/ρ2 + g·z2)
Oftewel: Q + W + m·(h1 + 0,5·v12 + g·z1) = m·(h2 + 0,5·v22 + g·z2)
Q = toegevoerde warmte, J/s
W = toegevoerde arbeid, J/s
U1 = interne energie op punt 1, J/s
U2 = interne energie op punt 2, J/s
m = massastroom, kg/s
h1 , h2 = specifieke enthalpie, J/kg
v1 , v2 = snelheid, m/s
p1 , p2 = druk, N/m2
g = versnelling zwaartekracht = 9,81 m/s2
z1 , z2 = hoogte t.o.v. een basis, m
ρ1 , ρ2 = dichtheid, kg/m3
Bovenstaande geldt ALTIJD, ongeacht of de overgang van punt 1 naar punt 2 isentropisch is of niet.
Voor de situatie dat Q = 0 en W = 0 en het effect van hoogteverschillen verwaarloosbaar is, dan wordt het simpelweg:
h1 + 0,5·v12 = h2 + 0,5·v22 en dat geldt dus ook ALTIJD.
Ik weet niet welk thermoboek jij gebruikt en in welke context die quote is maar met conditions en properties wordt niet bedoeld dat die formule alleen zou gelden voor een isentropische situatie, maar slechts dat bij niet-isentropische stroming h2 en T2 hoger, en ρ2 en v2 lager zijn dan bij isentropische, omdat in de praktijk door wrijving minder h omgezet wordt in v. Daardoor is de stagnation pressure bij niet-isentropische stroming lager dan bij isentropische. Allemaal ontzettend leuk voor wie in aerodynamica geïnteresseerd is, maar volkomen oninteressant voor jouw probleem.
Hydrogen economy is a Hype.
Re: Choked flow
Weet u het antwoord op de volgende vraag nog?
Waarom lukt het niet om harder te gaan dan geluidssnelheid in orifice en wat is de praktische gedachte erachter?
Waarom lukt het niet om harder te gaan dan geluidssnelheid in orifice en wat is de praktische gedachte erachter?
