2020-04-07
1531
Характер течения в сопле зависит от его формы и перепада давлений в окружающей среде и давления торможения (
– степень расширения сопла).
1 Суживающееся сопло
Давление внешней среды больше критического (
).
При этих условиях используется весь перепад давления от 
до 
и происходит полное расширение газа. Скорость газа в выходном сечении сопла меньше скорости звука. Давление газа в выходном сечении сопла равно давлению внешней среды. Массовый расход меньше 
.
Скорость истечения и массовый расход при заданном выходном сечении определяются по формулам:
;
2 Суживающееся сопло
Давление внешней среды равно критическому (
).
При этих условиях используется весь перепад давления от до и происходит полное расширение газа. Скорость газа в выходном сечении сопла равна скорости звука. Давление газа в выходном сечении сопла равно давлению внешней среды. Массовый расход равен 
.
Скорость истечения и массовый расход при заданном выходном сечении определяются по формулам:
;
3 Суживающееся сопло
Давление внешней среды меньше критического (
).
При этих условиях используется не весь перепад давлений от до 
, а только часть от 
до 
; происходит неполное расширение газа, и скорость газа в выходном сечении суживающегося сопла равна критической скорости или местной скорости звука. Давление газа в выходном сечении сопла равно критическому давлению. Массовый расход равен 
.
Скорость истечения и массовый расход определяются по формулам:
;
4 Сверхкритический перепад давлений может быть реализован только в комбинированном сопле: сопле Лаваля (
).
Комбинированное сопло Лаваля предназначено для использования больших перепадов давления и для получения скоростей истечения, превышающих скорость звука.
Сопло Лаваля состоит из короткого суживающегося участка и расширяющейся конической насадки. Опыты показывают, что угол конусности расширяющейся части должен быть 
. При больших углах наблюдается отрыв струи от стенок канала.
При истечении газа из комбинированного сопла в окружающую среду с давлением меньше критического в самом узком сечении сопла устанавливается критическое давление 
и критическая скорость 
.
В расширяющейся насадке сопла происходит дальнейшее увеличение скорости газа и падение давления до давления внешней среды.
Скорость истечения и массовый расход при заданном выходном сечении определяются по формулам:
;
При заданном расходе 
площадь минимального сечения сопла можно вычислить по формуле:
,
а площадь выходного сечения сопла по формуле:
Длина суживающейся части обычно берется равной диаметру выходного критического сечения сопла или из конструктивных соображений.
Длину расширяющейся насадки 
можно определить по уравнению
где 
– угол конусности сопла, 
– диаметр выходного отверстия, 
– диаметр сопла в минимальном сечении.
В случае сопла Лаваля скорость истечения больше скорости звука (
или 
), массовый расход равен 
.
При определенных условиях 
может быть сделано равным 
за счет изменения выходного сечения сопла.
Рисунок 4.2 – изменение параметров потока и газа по длине сопла Лаваля.
Существует 3 вида режимов истечения из сопла
1 Расчетный режим истечения 
2 режим течения с недорасширением 
– недобираем тягу
3 режим течения с перерасширением 
– потеря тяги
