54. Истечение идеального газа через комбинированное сопло Лаваля

Сопла Лаваля используются для создания закрити-ческого процесса истечения рабочего тела, условием которого служит p_o/p₁ < b_k В нем выделяют три основные области.

1. Суживающаяся короткая часть, в которой скорость потока дозвуковая.

2. Узкое сечение, в котором вещество движется со скоростью звука.

3. Расширяющаяся конусообразная насадка (сверхзвуковая скорость потока).

Главным условием выбора размеров широкой части сопла Лаваля для истечения рабочего тела является безотрывность его от стенок насадки. Поэтому угол раствора конуса должен иметь предел в 12^o, это помогает устранить существенные потери вследствие расширения газа (пара).

Рассмотрим процессы, происходящие при работе комбинированного сопла. В том случае, когда давление внешней среды p_o < p_k,скорость и давление потока в узкой плоскости сопел являются критическими.

Конструкция сопла Лаваля позволяет для каждого отношения o < p_o/p₁ < b получить полное расширение вещества в границах значения давлений [p_o, p_i]. При этом в выходном сечении сопла энергия не теряется, а при выравнивании давления рабочего тела и внешней среды скорость потока становится сверхзвуковой, что необходимо для применения сопла на практике. В таком случае массовый расход становится максимальным, его величина зависит от площади наименьшего сечения сопла (S_min).

В узкой части сопла (называемой горловиной) устанавливаются критические значения параметров V_k,T_k, p_k, w_k= w_зв, G_max.(где W_зв– местная скорость звука). Движение потока по расширяющейся части характеризуется тем, что газ расширяется далее в границах [ p_2k, p₁], повышается скорость в интервале [w_k = W_зв, w > w_k] (т. е. до значений w > W_зв), что ведет к уменьшению давления, но при этом удельный объем увеличивается (т. е. v >v_k , p< p_k).

Расширяющаяся часть насадки может выполнять функцию диффузора, если в узкой плоскости w < w_зв (для p_o / p₁> b_k).