Особенности расчета сопел

Итак, скорость потока газа (пара) на выходе из адиабатически изолированного сопла существенно зависит от отношения давлений β на выходе из сопла p ₂и на входе в сопло p ₁. И поскольку конфигурация сопла (сужающееся сопло или сопло Лаваля) также зависит от отношения давлений через число Маха (6.26), то выбор типа сопла, т.е. его конфигурации, будет определяться сравнением заданного отношения давлений β (6.20) с критическим отношением давлений β _кр (6.23). При этом возможны три случая:

а) заданное отношение давлений лежит в интервале

. Тогда следует выбирать сужающееся сопло; скорость на выходе не превышает скорости звука и вычисляется по (6.15) для любых сред, а в случае идеального газа можно использовать формулу (6.17). Минимальное сечение в этом случае совпадает с выходным сечением. Расход газа вычисляется по формуле (6.19);

б) заданное отношение давлений лежит в интервале . Тогда следует выбирать сопло Лаваля (комбинированное сопло); скорость на выходе также вычисляется по формуле (6.15) с реальным значением энтальпии или по формуле (6.17) с реальным (заданным) отношением давлений. Массовый расход газа (пара) следует вычислять по определению

(6.28)

но не по формуле (6.19);

в) заданное отношение давлений лежит в интервале , однако между средами с давлениями p ₁ и p ₂ установлено суживающееся сопло. В этом случае скорость потока на выходе будет звуковой, вычисление её может производиться по формуле (6.17) с заменой заданного отношения давлений критическим отношением давлений β _кр (6.23), что даёт

(6.29)

Массовый расход в данном случае является максимальным и вычисляется по формуле

(6.30)

Давление газа (пара) на выходе в этом случае определится соотношением

(6.31)

Снижение давления в потоке от давления на срезе сопла p _2кр до давления среды p ₂ будет происходить вне сопла необратимым образом, причём этот процесс будет сопровождаться образованием скачков уплотнения и ударных волн.

Процесс течения для рассмотренных трёх случаев показан в диаграмме T - s на рис. 6.5.

К следующему занятию курсанты должны:

ЗНАТЬ: Приближения, используемые при термодинамическом описании течения газов и паров в каналах; уравнение неразрывности, принципы построения сопел и диффузоров.

УМЕТЬ: применять математический аппарат термодинамики и метод диаграмм сухого и влажного пара к расчету скорости истечения и расхода в адиабатически изолированных каналах без трения.

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ: о конфигурациях сопел и особенностях их расчета.

Задания на самоподготовку:

· конспект лекций

· задача на термодинамику потока