Витіканням називають прискорений рух газу через відносно короткі канали особливої форми –сопла. Якщо в каналах проходить збільшення тиску і зменшення швидкості руху, то такі канали називаються дифузорами. Сопла і дифузори мають звужуючу і розширюючу форми. Процеси руху газів в каналах різної форми зустрічаються при проектуванні конструкцій елементів теплових машин.
Встановлений або стаціонарний рух—це рух, при якому в кожній точці простору параметри потоку газу не змінюється з часом.
Одномірний рух—рух в одному напрямку, параметри потоку змінюються лише в напрямку однієї осі X. При дослідженні одномірного руху визначають зміну тиску при зміні координати Х. Для опису руху газів застосовують слідуючу систему алгебраїчних і диференційних рівнянь: рівняння руху середовища; рівняння нерозривності або суцільності потоку; рівняння збереження енергії або першого закону термодинаміки; рівняння стану газу або суміші (для ідеальних—рівняння Мендєлєєва-Клапейрона, реальних—Ван-дер-Вальса).
Розглянемо рівняння, за допомогою яких описується фізична модель руху середовища через канал змінної форми.
1. Рівняння руху.
В це рівняння в загальному випадку входять такі параметри рухомого середовища: зміна тиску ; зміна швидкості ; зміна густини – в середовищі, що стискається.
Ці параметри можуть змінюватись як з часом, так і в напрямках трьох осей x, y, z. Але на невеликій ділянці трубопроводу з достатньою точністю можна вважати, що параметри змінюються лише вздовж осі Х.
Схема зміни параметрів рухомого середовища через
трубопровід змінного перерізу
Для приведеного випадку в кінцевому вигляді рівняння руху матиме наступний вигляд
де функції лише координати Х. Це рівняння Бернуллі в диференційній формі. Якщо для нестискуваних середовищ, то, взявши інтеграл з попереднього рівняння, можна отримати остаточний вираз
де швидкісний напір.
2. Рівняння енергії для потоку середовища.
Виводиться на основі першого закону термодинаміки і має вигляд:
.
З урахуванням попереднього рівняння руху це рівняння енергії може бути переписане
.
Отримане рівняння енергії зручне для дослідження газових потоків, оскільки в нього входить основний параметр руху—швидкість.
3. Рівняння суцільності потоку.
Воно основане на аксіомі, що через різні перерізи трубопроводу проходить одна й та ж кількість середовища (маса)
,
де густина середовища, кг/м3; площа перерізу в даному січенні, м2; швидкість середовища в даному січенні, м/с.
Для середовищ, які не стискуються попереднє рівняння спрощується і має вигляд
4. Рівняння стану рухомого середовища записується на основі рівняння Мендєлєєва-Клапейрона для ідеальних газів і на основі рівняння Ван-дер-Вальса для реальних.
В рекомендованих літературних джерелах приведені рівняння, що описують рух середовища в реальних конкретних трубопроводах із змінним перерізом елементів систем і для реальних робочих тіл. При русі середовища має місце поняття—місцева швидкість звуку
Характеристикою рухомого середовища є число Маха, що дорівнює відношенню дійсної швидкості руху середовища до місцевої швидкості звуку в даній точці
.