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Energia
Pelo principio da conservação da energia, considerando fluxo adiabático entre os pontos quaisquer x_1 e x_2, esquematizados na Figura 27, temos que:
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Equação 30
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A Equação 30 dá uma ótima visão do funcionamento de uma tubeira. Os dois primeiros termos mostram que a diminuição da entalpia é igual ao aumento da energia cinética. Em outras palavras o calor do fluido está sendo usado para acelerar o fluxo, que possuía velocidade inicial nula. O terceiro termo mostra a queda na temperatura do fluido causada pela perda de energia. A capacidade térmica pode ser considerada aproximadamente constante e é determinada pela composição dos gases resultantes da combustão.
Figura 27 - Posição dos planos de refência no eixo x da tubeira do motor MJ508.
Para descrever e estado do fluído em qualquer ponto é conveniente considerar o estado de estagnação como referência. Assim sendo, de acordo com Nakka, (2), e Sutton, (8):
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Equação 31
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Para um processo isentrópico pode-se aplicar a relação demonstrada por Nakka, (2), e Sutton, (8) e Shapiro, (11):
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Equação 32
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Onde k é a razão dos calores específicos, definida por:
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Equação 3
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Tanto C_P quanto R são propriedades determinadas pela composição dos produtos da combustão. A velocidade sônica local, a, e o número Mach, M, são dados por:
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Equação 34
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Equação 35
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Combinando as equações anteriores se obtém a relação entre a temperatura de estagnação e o número Mach:
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Equação 36
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Pode ser mostrado, de acordo com Shapiro, (11), pela primeira e segunda lei da termodinâmica que para um processo isentrópico:
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Equação 37
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Combinando as equações Equação 36, Equação 37 e a equação do estado de um gás ideal, Equação 29, página 67, se chegam às duas equações que relacionam a pressão de estagnação, densidade e número Mach:
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Equação 38
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Equação 39
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Outra importante propriedade de estagnação é a entalpia, dada por:
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Equação 40
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