smex1015-gas dynamics & jet propulsion

8/12/2019 Smex1015-Gas Dynamics & Jet Propulsion

1/9

SATHYABAMA UNIVERSITY

(Established under section 3 of U! Act" #$%&'

Semester: III

SMEX1015 - GAS DYNAMICS & JET PROPULSION

Part A

U!"t I

1# De$"!e Sta%!at"! E!t'a()*#

+# De$"!e sta%!at"! tem)erat,re#

# De$"!e Ma.' !,m/er a! Cr.. !,m/er#

4. 'at "s t'e s!". 2e(."t* "! a"r at 30C4

5# S' 2ar",s re%"!s $ $( %ra)'".a((*#

3# De$"!e sta%!at"! state $ a $(,"#

6# De$"!e t'e 2ar",s re%"mes $ $( "! eta"(#

7# 'at "s t'e /as". "$$ere!.e .m)ress"/(e a! "!.m)ress"/(e $(4

8# De$"!e Ma.' a!%(e a! Ma.' .!e#

10# De$"!e t'e terms 9a S,)ers!". $( ; 9/ Cr.. !,m/er

U!"t II

1# State t'e a2a!ta%e $ ,s"!% M< "!stea $ M "s sme .ases#

+# G"2e t'e e!er%* e=,at"! %2er!"!% $( t'r,%' a! a"a/at". "$$,ser# S' t'e

'-s "a%ram#

# 'e! "(( "2er%e!t )assa%e a.t as !>>(e4

?# 'at *, mea! /* .'.@e $(4

5# t'e Ma.' !,m/er 2ar"es "t' res)e.t t area4

3# Determ"!e t'e Ma.' !,m/er $ a! a"r.ra$t at '".' t'e 2e(."t* tem)erat,re $ a"r

at t'e e!tr* $ t'e e!%"!e e=,a(s t'e stat". tem)erat,re#

6# A s,/s!". !>>(e .a! a.t as a s,)ers!". "$$,ser S,/sta!t"ate t'"s stateme!t#


2/9

7# Des.r"/e t'e $,!.t"! $ !>>(e a! "$$,ser#

8# r"te ! t'e e=,at"! $r t'e area rat" "! terms $ t'e Ma.' !,m/er a!

re)rese!t t'e same %ra)'".a((*#

10# De$"!e terms ,!er eB)a!s"! a! 2er eB)a!s"! "t' re$ere!.e t !>>(es#

11# 'at "s t'e t*)e $ !>>(e re=,"re t a.'"e2e s,)ers!". 2e(."t*4

U!"t III

1# D"$$ere!t"ate /etee! $a!! $( a! Ra*(e"%' $(#

+# 'at are t'e a))(".at"!s $ Ra*(e"%' $(4

# State t'e ass,m)t"!s ,se "! t'e a!a(*s"s $ Ra*(e"%' )r.ess#

?# S' t'e !rma( s'.@ "! '-s "a%ram "t' t'e 'e() $ Ra(e"%' ("!e a! a!!

("!e

5# G"2e )ra.t".a( eBam)(es 'ere a!! $( ..,rs#

3# I! Ra*(e"%' $( 'eat"!% /e*! M 1 "s !t )ss"/(e-Tr,e$a(se#

6# EB)(a"! /r"e$(* $r".t"! .'@"!% "! a $(," $( )assa%e#

7# 'at are t'e ass,m)t"!s mae "! t'e a!! $(4

8# S@et.' t'e $a!! ("!e ! t'e T-S )(a!e# EB)(a"! t'e s"%!"$".a!.e ! "t#

10# 'at "s t'erma( .'@"!%4

U!"t IF

1# Ma.' !,m/er !steam $ !rma( s'.@ "s S,/s!". ,st"$*#

+# De$"!e Nrma( s'.@#

# r"te ! )ra!t( Me*er re(at"!#

?# State t )ra.t".a( s"t,at"!s 'ere /("=,es s'.@ a2es are )r,.e#

5# De$"!e Hstre!%t' $ a s'.@ a2e#

3# D"$$ere!t"ate /etee! !rma( s'.@ a2e a! /("=,e s'.@ a2e "! a $( $"e(#

6# D"st"!%,"s' /etee! Ma.' a2e a! !rma( s'.@#

7# 'at "s O/("=,e s'.@4

8# )r)ert"es .'a!%e a.rss a !rma( s'.@4


3/9

10# '* are s'.@ a2es !t e2e()e "! s,/s!". (4

U!"t F

1# L"st t'e "$$ere!t t*)es $ Jet e!%"!es#

+# 'at are t'e ma"! .m)!e!ts $ a %as t,r/"!e e!%"!e ,se $r T,r/-et

a"r.ra$ts4

# State $"2e "m)rta!t )r)ert"es es"re "! a )r)e((a!t#

?# De$"!e s)e."$". "m),(se $r a r.@et#

5# 'e! Ramet e!%"!e "s )re$erre4

3# 'at are t'e "$$ere!t t*)es $ r.@et e!%"!e4

6# G"2e t "m)rta!t "$$ere!.es /etee! Ramet a! P,(se Jet#

7# De$"!e s)e."$". "m),(se $r a R.@et#

8# '* es a ram et e!%"!e !t re=,"re a .m)ressr a! a t,r/"!e4

10# 'at "s a m!)r)e((a!t4 G"2e a! eBam)(e#

11# 'at "s t'r,st .e$$"."e!t4

1+# De$"!e )r),(s"2e e$$"."e!.*#

1# De$"!e: t'r,st )er a! )r),(s"2e )er $r et e!%"!es#

1?# 'at "s e$$e.t"2e et 2e(."t* $ r.@et e!%"!es4

15# 'at "s t'r,st a,%me!tat"!4

13# Cm)are s(" a! ("=," )r)e((a!ts

PART

U!"t I

1# 9aDer"2e a! eB)ress"! $r TT "! term $ ma.' !,m/er#


4/9

9/A stream $ a"r $(s "t' a 2e(."t* $ +50ms "! a ,.t $ 10.m "ameterK "ts

tem)erat,re a! )ress,re at t'at )"!t are 5C a! ?0Pa# 'at "(( /e "ts sta%!at"!

)ress,re a! tem)erat,re4 'at "s t'e mass $( rate4

2. A "$$,ser 'as a! area rat" $ 1#5 t 1# T'e "!(et ma.' !,m/er "s 0#7# T'e "!"t"a(

)ress,re a! tem)erat,re are 1 /ar a! 15C# Ass,m"!% t'e $( t /e "se!tr)".;

.a(.,(ate t'e $"!a( )ress,re; eB"t tem)erat,re a! eB"t ma.' !,m/er#

3. A s!". a"r et 9 1#?; R+76 J@% 'as a stat". tem)erat,re $ +70# Determ"!e:

9a Sta%!at"! tem)erat,re a! Sta%!at"! e!t'a()* $ t'e et; 9/ Fe(."t* $ s,!

a! sta%!at"! 2e(."t* $ s,!; 9. Sta%!at"! t Stat". )ress,re rat"; 9 Cr"t".a(

s)ee $ s,! ; 9e MaB"m,m "se!tr)". s)ee a! 9$ Cr.. N,m/er#

?# A"r at sta%!at"! .!"t"!; 'as a tem)erat,re $ 700 # Determ"!e t'e 2e(."t* $

s,! a! maB"m,m )ss"/(e $(," 2e(."t*# 'at "s t'e 2e(."t* $ s,! 'e! t'e

$( "s at a 2e(."t* 'a($ $ "ts MaB"m,m 2e(."t*4

5# 9a 'at "s t'e e$$e.t $ Ma.' !,m/er ! t'e .m)ress"/"("t*4

Pr2e $r 1#?; 9P - P90#5C+ 1 0#+5 M+ 0#0+5 M?

9/ A"r 9 1#?; C)1#05 @J@% at P1 B 105Nm+a! T1 500 $(s "t'

a 2e(."t* $ +00 ms "! a 0 .m "ameter ,.t# Ca(.,(ate:9a mass $( rate 9/

sta%!at"! tem)erat,re 9. Ma.' N,m/er 9 Sta%!at"! Press,re 2a(,es ass,m"!% t'e

$( as .m)ress"/(e a! "!.m)ress"/(e res)e.t"2e(*#

3# A"r at )ress,re B 105Nm+a! tem)erat,re 500 $(s "t' 2e(."t* +00ms "! a 0

.m "ameter Ca(.,(ate 9a mass $( rate 9/ sta%!at"! tem)erat,re 9. ma.' !,m/er

9 sta%!at"! )ress,re 2a(,es ass,m"!% t'e $( as .m)ress"/(e a! "!.m)ress"/(e

res)e.t"2e(*#

7. A"r 9C) 1005 J%; 1#? at P1 5 /ar; T1 ?00 $(s "t' a 2e(."t* $ +00

ms "! a 0 .m "ameter ,.t; .a(.,(ate: 9a Mass $( rate; 9/ sta%!at"! tem)erat,re;

9. Ma.' !,m/er; 9 sta%!at"! )ress,re 2a(,es ass,m"!% t'e $( as .m)ress"/(e

a! "!.m)ress"/(e res)e.t"2e(*# 9e .r.. !,m/er#

7# T'e )ress,re; tem)erat,re a! Ma.' !,m/er at t'e e!tr* $ a $( )assa%e are +#?5

/ar; +3#5C a! 1#? res)e.t"2e(*# I$ t'e eB"t Ma.' !,m/er "s +#5; eterm"!e $r

a"a/at". $( $ a )er$e.t %as 9 1#; R 0#?36 @J@%

9a Sta%!at"! tem)erat,re

9/ T'e tem)erat,re a! 2e(."t* $ a %as at eB"t

9. T'e $( rat" )er s=,are meter $ t'e "!(et .rss se.t"!#

8# 9a Der"2e t'e e!er%* e=,at"! Stat"!% t'e ass,m)t"! ,se#

9/ A! a"r et 9 1#?; R +76 J@% at ?00 'as s!". 2e(."t*# Determ"!e#

9" Fe(."t* $ s,! $ ?00

9"" maB"m,m 2e(."t* $ t'e et#9""" Sta%!at"! e!t'a()*#


5/9

10# A"r 9C) 1#05 J@%; r 1#7 at P1 B 10Nm+a! T1 500 @ $(s "t' a

2e(."t* $ +00 mse. "! a 0 .m "ameter ,.t# Ca(.,(ate

9a mass $( rate

9/ sta%!at"! tem)erat,re

9. Ma.' !,m/er a!

9 sta%!at"! )ress,re#Ass,m"!% t'e $( as .m)ress"/(e a! "!.m)ress"/(e#

U!"t II

1# A s,)ers!". "! t,!!e( "s es"%!e $r M+ "t' t'e t'rat se.t"! $ 780.m+#

T'e a"r at 1#+ /ar a! +5C "s s,))("e "t' !e%("%"/(e 2e(."t*# "! t'e mass

$( rate; t'e area $ t'e test se.t"! a! t'e $(," )r)ert"es at t'e t'rat a! test

se.t"!#

+# A"r "s "s.'ar%e $rm t'e reser2"r at P 3#81 a! T +5C t'r,%' t'e

!>>(e t a! eB"t )ress,re $ 0#87 /ar# I$ t'e $( rate "s 300@%'r; eterm"!e $r

a! "se!tr)". $( t'rat area; )ress,re a! 2e(."t*; eB"t area; ma.' !,m/er a!

maB"m,m 2e(."t*#

# A !>>(e "! a "! t,!!e( %"2es a test se.t"! Ma.' !,m/er $ +# A"r e!ters t'e

!>>(e $rm a (ar%e reser2"r at 0#38 /ar a! 10 # T'e .rss se.t"!a( area $

t'e t'rat "s 1000 .m+# Determ"!e t'e $(("!% =,a!t"t"es $r t'e t,!!e( $r !e-

"me!s"!a( "se!tr)". $(: 9a Press,res; Tem)erat,res a! Fe(."t"es at t'e

t'rat a! t'e test se.t"!# 9/ Area $ .rss se.t"! $ t'e test se.t"!# 9. Mass

$( rate "! t'e test se.t"!#

?# (("!% =,a!t"t"es are %"2e! at t'e e!tr* a! t'e eB"t $ a )assa%e:

At t'e e!tr*: P1+#06 /ar; T100; M11#? a! at t'e eB"t: M++#5# Ass,m"!%

Ise!tr)". $( $ a! "ea( %as 91#?; R+76 J@%; eterm"!e: Fe(."t* $

s,! at sta%!at"! .!"t"!s; MaB"m,m 2e(."t* CmaB; Tem)erat,re a! )ress,re

at EB"t#

5# A .!2er%e!t-"2er%e!t !>>(e "s es"%!e t eB)a! a"r $rm a .'am/er "! '".'

t'e )ress,re "s 700 @Pa a! t'e tem)erat,re "s ?0C t %"2e a Ma.' !,m/er $ +#3#

T'e t'rat area $ t'e !>>(e "s 0#07 m +# "! 9a t'e eB"t area $ t'e !>>(e; 9/

mass $( rate t'r,%' t'e !>>(e 'e! )erat"!% ,!er es"%! .!"t"!s; 9. t'e

es"%! /a.@ )ress,re a! 9 t'e (est /a.@ )ress,re $r '".' t'ere "s !(*

s,/s!". $( "! t'e !>>(e#

3# Press,re; 2e(."t* a! tem)erat,re $ a"r 9 1#?; C)1#0 @J@% at t'e e!tr* $

t'e !>>(e are + /ar; 1?5ms a! 0# eB"t )ress,re "s 1#5 /ar#

9a 'at "s t'e s'a)e $ !>>(e4

9/ Ma.' !,m/er at t'e e!tr* a! eB"t a!

9. $( rate a! maB"m,m )ss"/(e $( rate# Ass,me "se!tr)". $(#

6# A !>>(e "! a "! t,!!e( %"2es a test se.t"! ma.' !,m/er $ # A"r e!ters t'e

!>>(e $rm a (ar%e reser2"r at 0#38 /ar a! 10# T'e .rss se.t"!a( area $ t'e

t'rat "s 500 .m+# Determ"!e t'e $(("!% =,a!t"t"es $r t'e t,!!e( $r !e

"me!s"!a( "se!tr)". $(:9a Press,res; tem)erat,res a! 2e(."t"es at t'e t'rat a! test se.t"!s#


6/9

9/ Area $ .rss se.t"! $ test se.t"!

9. Mass $( rate

9 Per re=,"re $r "2"!% t'e .m)ressr#

7# A !>>(e "! a "! t,!!e( %"2es a test se.t"! Ma.' !,m/er $ +#0 A"r e!ters t'e

!>>(e $rm a (ar%e reser2"r at 0#38 /ar a! +5 # T'e .rss se.t"!a( area $ t'e

t'rat "s 1000.m+# Determ"!e t'e $(("!% =,a!t"t"es $r t'e t,!!e( $r !e"me!s"!a( "se!tr)". $( 9a Press,re; Tem)erat,re a! 2e(."t"es at t'e t'rat

a! test se.t"!# 9/ Area $ t'e .rss se.t"! $ t'e test se.t"!9. Mass $( rate#

9 Per re=,"re t r"2e t'e .m)ressr

8# T'e Ma.' !,m/er a! t'e )ress,re at t'e e!tr* $ a s,/s!". "$$,ser are 0#8 a! ?#135

/ar# Determ"!e t'e area rat" re=,"re a! t'e )ress,re r"se "$ t'e Ma.' !,m/er at t'e

eB"t $ "$$,ser "s 0#+0# Ass,me "se!tr)". "$$,s"! a"r#

10# T'e )ress,re 2e(."t* a! tem)erat,re $ a"r 9 1#?; CP 1@J@% at t'e e!tr* $ a

!>>(e are + /ar 1?5 ms a! 0# T'e eB"t )ress,re "s 1#5 /ar# Determ"!e $r

"se!tr)". $(

9a t'e ma.' !,m/ers at e!tr* a! eB"t

9/ t'e $( rate a! maB"m,m )ss"/(e $( rate# A(s eterm"!e t'e rate $ $(#

U!"t- III

1# A"r e!ters a .!sta!t area ,.t "t' a ma.' !,m/er $ 0#?# t'e (e!%t' $ t'e ,.t "s

+30mm a! t'e "ameter "s 7.m# T'e .e$$"."e!t "s 0#007# T'e "!(et sta%!at"!

.!"t"!s are #5 /ar a! 6C# Determ"!e t'e sta%!at"! )ress,re (ss; .'a!%e "!

tem)erat,re a! .'a!%e "! e!tr)*#

+# T'e sta%!at"! tem)erat,re $ a"r "! a .m/,st"! .'am/er "s "!.rease t #5 t"mes

"ts "!"t"a( 2a(2es# I$ t'e a"r at e!tr* "s at 5 /ar; 105C a! a ma.' !,m/er 0#+5#Determ"!e t'e ma.' !,m/er; )ress,re a! tem)erat,re at t'e eB"t; sta%!at"! )ress,re

(ss a! t'e 'eat s,))("e )er @% $ a"r#

# A (!% )")e $ +5#? mm "ameter 'as a mea! .e$$"."e!t $ $r".t"! $ 0#00# A"r

e!ters t'e )")e at a Ma.' !,m/er $ +#5; sta%!at"! tem)erat,re 10 a! stat".

)ress,re 0#506 /ar# Determ"!e $r a se.t"! at '".' Ma.' !,m/er rea.'es 1#+;

9a Stat". )ress,re a! Stat". Tem)erat,re

9/ Sta%!at"! Press,re a! sta%!at"! tem)erat,re

9. Fe(."t* $ a"r a! D"sta!.e $ t'"s se.t"! $rm "!(et

9 Mass ( rate $ a"r

?# I! a .erta"! .m/,st"! .'am/er $ a et e!%"!e; a"r e!ters "t' a 2e(."t* $ 100 ms;

a tem)erat,re $ 30C a! a )ress,re $ #5 /ar# I$ ?30@J@% $ 'eat "s ae; $"!:

9" )ress,re a! tem)erat,re a$ter .m/,st"!

9"" sta%!at"! tem)erat,re a! Ma.' !,m/er a$ter .m/,st"!# Ass,me C)1005J@% a! 1#?#


7/9


8/9

$(("!% ata# MB +#5; PB +00 )a; TB +65 # Ca(.,(ate t'e ma.' !,m/er;

)ress,re; tem)erat,re a! 2e(."t* $ t'e %as !stream $ t'e s'.@#

?# A! a"r.ra$t $("es at a Ma.' !,m/er $ 1#+ at a! a(t"t,e $ 1300 m 'ere stat".

)ress,re

a! tem)erat,re are 10m /ar a! +13#35# T'e .m)ress"! "! "ts e!%"!e "s )art(*

a.'"e2e /* a !rma( s'.@ a2e sta!"!% at t'e e!tr* $ "ts "$$,ser# Determ"!e

"mme"ate(* !stream $ t'e s'.@:

9a Ma.' !,m/er

9/ tem)erat,re $ a"r

9. )ress,re $ a"r

9 sta%!at"! )ress,re (ss a.rss t'e s'.@#

5# Der"2e t'e Pra!t( Me*er re(at"! $r a! Nrma( s'.@# 'at "s "ts s"%!"$".a!.e4 Cm)are

t'e Nrma( s'.@ "t' a! /("=,e s'.@#

3# A t,r/et e!%"!e r@s at a Ma.' !,m/er $ 1# at a! a(t"t,e $ 15+50 m# A !rma(

s'.@ ..,rs a'ea $ t'e "!(et "$$,ser# Determ"!e t'e Ma.' !,m/er a! sta%!at"!

)ress,re a$ter t'e s'.@# 'at "s t'e )er.e!ta%e $ sta%!at"! )ress,re (ss a$ter t'e

s'.@ 9at > 15+50 m; T +17 ; P0#117 /ar

6# A !rma( s'.@ a2e ..,rs "! a"r $( at a )"!t 'ere t'e 2e(."t* "s 370 ms t'e stat".

)ress,re "s 70 @Pa# Stat". tem)erat,re "s 30C# "! t'e 2e(."t*; stat". tem)erat,re !stream $ t'e s'.@# A(s $"! t'e sta%!at"! )ress,re ,)stream a! !stream $ t'e s'.@#

7# A! a"r.ra$t $("es at a ma.' !,m/er $ at a! a(t"t,e $ 17000m 9) /ar; T 00 #

T'e .m)ress"! "! "ts e!%"!e "s )art(* a.'"e2e /* a !rma( s'.@ a2e sta!"!% at

t'e e!tr* $ "ts "$$,ser# Determ"!e "mme"ate(* !stream $ t'e s'.@:

9a Ma.' !,m/er

9/ tem)erat,re $ a"r

9. )ress,re $ a"r a!

9 Sta%!at"! )ress,re (ss a.rss s'.@#

8# A s,)ers!". !>>(e "s )r2"e "t' a .!sta!t "ameter ."r.,(ar ,.t at "ts eB"t# T'e ,.t

"ameter "s same as t'e !>>(e eB"t "ameter# N>>(e eB"t .rss se.t"! "s t'ree t"mest'at $ "ts t'rat# T'e e!tr* .!"t"!s $ t'e %as 9 1#?; R +76 J% are )0 10

/ar a! T0 300# Ca(.,(ate t'e stat". )ress,re; Ma.' !,m/er a! t'e 2e(."t* $ t'e

%as "! t'e ,.t:

9a 'e! t'e !>>(e )erates at "ts es"%! .!"t"!

9/ 'e! a !rma( s'.@ ..,rs at a se.t"! "! t'e "2er%"!% )art 'ere t'e area rat"

AA< #

10# A! a"r.ra$t $("es at a Ma.' !,m/er $ 1#+ at a! a(t"t,e $ 13000 meters 9P #10 /ar; T

+13#35# T'e .m)ress"! "! "ts e!%"!e "s )art(* a.'"e2e /* !rma( s'.@ a2e

sta!"!% at t'e e!tr* $ "ts "$$,ser# Determ"!e "mme"ate(* !stream $ t'e s'.@

9a Ma.' !,m/er#9/ Tem)erat,re $ t'e a"r#


9/9

9. Press,re $ t'e a"r#

9 Sta%!at"! )ress,re (ss a.rss t'e s'.@

U!"t- F

1#EB)(a"! "t' a !eat s@et.' t'e )r"!.")(e $ )erat"! $ t,r/ $a! e!%"!e#+#Der"2e t'e eB)ress"!s $r t'e $(("!%:

T'r,st; )r),(s"2e e$$"."e!.*; t'erma( e$$"."e!.*; 2era(( e$$"."e!.*#

#T'e e$$e.t"2e et 2e(."t* $rm a r.@et "s +600ms# t'e $rar 2e(."t* "s 150ms a! t'e

)r)e((a!t .!s,m)t"! "s 67#3@%se.# Ca(.,(ate t'r,st; t'r,st )er a! )r),(s"2e

e$$"."e!.*#

?# Des.r"/e t'e r@"!% $ a T,r/et a! Ramet e!%"!es "t' !eat s@et.'es#

5# Des.r"/e s"B "m)rta!t )r)ert"es; re=,"re $r a .'em".a( t /e ,se as a s(" )r)e((a!t

"! t'e r.@et e!%"!e#

3# 'at "s mea!t /*:

9" M!)r)e((a!ts

9"" *)er%(". )r)e((a!ts;

9""" S)e."$". Im),(se a!

9"2 Pr),(s"2e e$$"."e!.* "t' re$ere!.e t r.@et )r),(s"!

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smex1015-gas dynamics & jet propulsion

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