Calcolatore espansione Prandtl-Meyer
A Mach 2 in aria (γ pari a 1,4), il flusso ha deviato di circa 26,38° dalle condizioni soniche e l'angolo di Mach è di 30°. Inserisca Mach e rapporto dei calori per vedere l'angolo di espansione in gradi e radianti e la deviazione residua. Gratis nel suo browser.
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Esempio risolto
- Mach
- 2
- Gamma
- 1,4
- Angolo di espansione (°)
- 26,3797608134
- Angolo di espansione (rad)
- 0,4604136821
- Angolo di Mach (°)
- 30
- ν max (°)
- 130,4540768505
La funzione di espansione di Prandtl-Meyer è l'angolo di deviazione isentropica che un gas caloricamente perfetto deve percorrere per passare da condizioni soniche a un numero di Mach scelto. I compiti di flusso comprimibile, il progetto di ugelli e gli schizzi del metodo delle caratteristiche hanno bisogno di quell'angolo in gradi insieme al Mach a valle dopo l'espansione, senza riordinare a mano identità trigonometriche inverse. Questo calcolatore accetta un numero di Mach iniziale finito pari o superiore a uno e un rapporto dei calori specifici γ maggiore di uno, valuta l'integrale di Prandtl-Meyer in forma chiusa del manuale e restituisce l'angolo di espansione in gradi e radianti, il numero di Mach, l'angolo d'onda di Mach, il limite di vuoto ν_max e la deviazione ancora disponibile prima del vuoto.
Che cosa significa l'angolo di espansione di Prandtl-Meyer e quali due numeri Lei deve inviare
La funzione di Prandtl-Meyer ν(M) è l'angolo di deviazione isentropica, misurato da un riferimento sonico, che un gas caloricamente perfetto deve eseguire per raggiungere il numero di Mach M. In un ventaglio di espansione centrato una corrente supersonica uniforme gira attorno a uno spigolo convesso attraverso una famiglia continua di onde di Mach: il flusso resta isentropico, il Mach cresce, pressione e temperatura statiche scendono, e la deviazione tra un Mach a monte M1 e un Mach a valle M2 è esattamente ν(M2) meno ν(M1).
Valutare ν a un solo Mach risponde quindi a due domande di aula insieme: quanto è grande l'angolo di espansione dalle condizioni soniche fino a quel Mach, e quale Mach a valle appartiene a quell'angolo. L'intento di ricerca si raggruppa attorno a calcolatore di espansione di Prandtl-Meyer, funzione di Prandtl-Meyer ν(M), angolo del ventaglio di espansione, spigolo convesso supersonico, angolo di Mach μ e rapporto dei calori specifici gamma.
Chi consulta vuole un angolo numerico da ancorare alle tabelle di Anderson, John o NASA, a uno schizzo di onde o a un quaderno del metodo delle caratteristiche — non solo un promemoria che la formula della tangente inversa esiste. I due ingressi sono il numero di Mach iniziale M, che deve essere almeno uno, e il rapporto dei calori specifici γ uguale a Cp su Cv, che deve essere strettamente maggiore di uno. Per aria diatomica a temperature ordinarie γ vale 1.4; per un gas monoatomico vale 5/3.
Domande frequenti
Che cosa accade se il numero di Mach è inferiore a 1?
La funzione di espansione di Prandtl-Meyer è indefinita sotto 1: una corrente subsonica non forma questo ventaglio isentropico centrato, e la chiamata non viene addebitata.
Quale rapporto dei calori specifici usare per l'aria?
Un gas monoatomico usa 5/3. Gamma deve essere strettamente maggiore di 1, altrimenti l'identità è indefinita.
Qual è la differenza tra l'angolo di espansione ν(M) e l'angolo di Mach?
ν(M) è la deviazione isentropica dalle condizioni soniche fino al Mach M. L'angolo di Mach μ = arcsin(1/M) è l'angolo d'onda di un'onda di Mach infinitesima rispetto al flusso locale; entrambi vengono restituiti.
Come trovo l'angolo di deviazione tra due numeri di Mach?
Calcoli l'angolo di espansione per ciascun numero di Mach e faccia la differenza: la deviazione dal Mach a monte a quello a valle è l'angolo a valle meno quello a monte, perché nel ventaglio il flusso resta isentropico.
Che cosa significa l'angolo di espansione residuo?
È quanto il flusso potrebbe ancora deviare prima di raggiungere il limite del vuoto, il massimo angolo possibile per quel gas. A Mach 2 con γ pari a 1,4 restano circa 104° di deviazione.
Strumenti correlati
Per sviluppatori — accesso via API
Tutto quello che vedi in questa pagina è disponibile anche via API. Questa sezione è per i team che vogliono integrarlo nei propri sistemi; chi non ne ha bisogno può semplicemente usare lo strumento qui sopra.
Endpoint
Autenticazione con Bearer token: un POST mette in coda l'attività e il risultato arriva via webhook o link firmato.
Chiamala dal tuo stack
curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/phys/prandtl-meyer-expansion \
-H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
-H "Content-Type: application/json" \
-d '{"mach":2,"gamma":1.4}'const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/phys/prandtl-meyer-expansion", {
method: "POST",
headers: {
"Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
"Content-Type": "application/json"
},
body: JSON.stringify({
"mach": 2,
"gamma": 1.4
})
});
const { task_id } = await res.json();import os, requests
res = requests.post(
"https://api.kit.forhosting.com/phys/prandtl-meyer-expansion",
headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
json={
"mach": 2,
"gamma": 1.4
},
)
task_id = res.json()["task_id"]<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/phys/prandtl-meyer-expansion", false, stream_context_create([
"http" => [
"method" => "POST",
"header" => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
"content" => '{"mach":2,"gamma":1.4}',
],
]));
$task = json_decode($res, true);body := bytes.NewBufferString(`{"mach":2,"gamma":1.4}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/phys/prandtl-meyer-expansion", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)Esempio di richiesta
{
"mach": 2,
"gamma": 1.4
}Esempio di risposta
{
"task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
"type": "phys.prandtl_meyer_expansion",
"status": "queued",
"_links": {
"result": "/tasks/tsk_…/result"
}
}L'API è asincrona: ricevi subito un task_id e puoi fare polling fino a 1 richiesta al secondo.
Prezzi
Prezzo pubblicato, senza token né crediti. Se l'attività fallisce, non paghi.
Errori
| HTTP | Codice | Significato |
|---|---|---|
401 | unauthorized | Chiave API mancante o non valida: controlla l'header Authorization. |
402 | insufficient_balance | Credito esaurito: ricarica per continuare a eseguire attività. |
404 | unknown_type | Tipo di attività sconosciuto: controlla il campo type della richiesta. |
429 | rate_limited | Troppe richieste in poco tempo: rallenta e riprova tra qualche secondo. |
Note tecniche
I Mach subsonici vengono respinti con invalid_input perché un ventaglio di questo tipo non esiste sotto Mach uno. Le chiamate API riuscite costano $0.002.
Che cosa significa l'angolo di espansione di Prandtl-Meyer e quali due numeri Lei deve inviare
Consegnare mach, gamma, expansion_angle_deg, expansion_angle_rad, mach_angle_deg, nu_max_deg, remaining_expansion_deg, formula e method come JSON facilita l'incollaggio del risultato nelle note, il confronto in prove automatizzate o il riutilizzo tra lingue senza reimplementare radici e arctangenti. Il mach restituito è il Mach a valle associato a ν(M) da un avvio sonico, così angolo e numero di Mach viaggiano insieme in un solo payload.
Contratto di ingresso, identità in forma chiusa e comportamento di errore
Se mach è inferiore a uno il motore respinge la richiesta perché la funzione di espansione di Prandtl-Meyer è indefinita sotto 1 — una corrente subsonica non sostiene questo ventaglio isentropico centrato, e restituire un angolo complesso sarebbe un successo disonesto. Se gamma è uno o meno, i termini di radice quadrata dell'identità sono indefiniti o immaginari, e anche quel caso viene respinto. I valori sono arrotondati a dodici decimali affinché gli esempi canonici coincidano byte per byte tra motori JavaScript. Non c'è conversione di unità, né tabella di gas reale, né inversione del Mach dato un angolo di parete; è la valutazione definitoria di Prandtl-Meyer a partire da M e γ. Invii un corpo JSON POST con due numeri finiti obbligatori: mach, il Mach iniziale pari o superiore a uno, e gamma, il rapporto dei calori specifici strettamente maggiore di uno. Ogni campo può arrivare come numero JSON o come stringa numerica; campi assenti, stringhe vuote, testo non numerico, NaN e Infinity falliscono con invalid_input nominando il campo, e la validazione fallita non viene addebitata. Sono ammessi alias: M, m1, mach_number, mach1 e mach_in per mach; g, gam, kappa, heat_capacity_ratio e ratio_of_specific_heats per gamma. In caso di successo il corpo ripete mach e gamma, poi riporta expansion_angle_deg e expansion_angle_rad dall'identità del manuale: ν(M) uguale alla radice di (γ più uno) su (γ meno uno), per arctan della radice di ((γ meno uno) su (γ più uno) per (M al quadrato meno uno)), meno arctan della radice di (M al quadrato meno uno). Campi compagni: mach_angle_deg uguale ad arcsin di uno su M in gradi, nu_max_deg il limite di deviazione verso il vuoto, remaining_expansion_deg uguale a ν_max meno ν(M), più le etichette formula e method. Esempio: mach uguale a due e gamma uguale a 1.4 produce un angolo di espansione di circa 26.38 gradi, un angolo di Mach di esattamente 30 gradi e una deviazione restante di circa 104 gradi prima del vuoto.
Dove un'API di espansione di Prandtl-Meyer merita il proprio posto
Aule e laboratori di flusso comprimibile usano un calcolatore di espansione di Prandtl-Meyer perché chi impara possa controllare ν(M) e l'angolo di Mach per numeri di Mach supersonici e rapporti dei calori specifici arbitrari, senza errori di segno nelle tangenti inverse. La validazione fallita non consuma saldo. I generatori di preparazione agli esami hanno bisogno di un oracolo deterministico che segni un Mach sotto uno come invalid_input invece di restituire in silenzio un NaN che un correttore difettoso potrebbe trattare come successo. Progettisti di ugelli e prese, quaderni del metodo delle caratteristiche e strumenti di diagrammi d'onda hanno bisogno dell'angolo di espansione, del Mach a valle, di ν_max e della deviazione restante fino al vuoto come JSON stabile da fissare nelle prove. Poiché l'implementazione è parse di livello A, ogni chiamata riuscita costa la tariffa base pubblicata $0.002, senza gettoni di modello e senza rete in uscita. Mantenga il Mach almeno pari a uno, gamma sopra uno, fissi expansion_angle_deg arrotondato nelle prove e ottiene angoli di deviazione isentropica riproducibili per i compiti, i plugin LMS e i worker al bordo, senza erigere una biblioteca completa di dinamica dei gas.
Casi di integrazione
Compiti e controlli di laboratorio di flusso comprimibile
Studenti e valutatori confermano ν(M) e l'angolo di Mach da un Mach supersonico e da γ, con un invalid_input chiaro quando il Mach è inferiore a 1.
Schizzi di ugelli, prese e diagrammi d'onda
Note di progetto e fogli del metodo delle caratteristiche prelevano expansion_angle_deg, mach, nu_max_deg e remaining_expansion_deg come JSON stabile invece di riscrivere tangenti inverse.
Fixture deterministici per prove di dinamica dei gas
Le pipeline che seminano test unitari o dimostrazioni scientifiche interattive chiamano un oracolo puro di Prandtl-Meyer anziché reimplementare ν(M) in ogni lingua.
Domande tecniche
Come si calcola l'angolo di espansione di Prandtl-Meyer dal numero di Mach?
Invii un mach finito pari o superiore a 1 e un rapporto dei calori specifici gamma maggiore di 1 (1.4 per l'aria). L'API restituisce expansion_angle_deg = ν(M) e il mach a valle associato a quell'angolo da un riferimento sonico.
Quanto costa il calcolatore di espansione di Prandtl-Meyer?
Lo strumento del browser è gratuito. Le richieste API usano saldo prepagato a $0.002 per chiamata riuscita; un ingresso non valido non viene addebitato.