Истечение газов через расширяющееся сопло

При истечении газа через такое сопло во внешнюю среду с давлением меньше критического Ра<Р р) в горловине сопла (сечение ей) устанавливаются критические давление р р и скорость В расширяющейся части сопла проис- [c.207]

Сопло Лаваля. Как было показано выще, заставив газ протекать под действием достаточно большого перепада давлений сначала через суживающееся, а затем через расширяющееся сопло, можно осуществить течение с непрерывно возрастающей скоростью и достигнуть на выходе из сопла скорости истечения, большей скорости звука. Сопло, состоящее из комбинации суживающихся и расширяющихся насадок, называют по имени его изобретателя соплом Лаваля. [c.314]

Как было показано выше, заставив газ протекать под действием достаточно большого перепада давлений сначала через суживающееся, а затем через расширяющееся сопло, можно осуществить течение с непрерывно возрастающей скоростью и достичь на выходе из сопла скорости истечения, большей скорости звука. Сопло, состоящее из комбинации суживающихся и расширяющихся насадок, называют по имени его изобретателя соплом Лаваля. Сопла Лаваля находят широкое применение для получения сверхзвуковых потоков газов и паров в паровых и газовых турбинах, в реактивных двигателях и т. п. [c.344]

В камере сгорания ГТУ сгорание топлива происходит при а = 5, причем температура продуктов сгорания перед входом в турбину равна 900° С, а давление 6 ат, расширение в сопле происходит до давления 1 ат. По /s-диаграмме определить скорость истечения продуктов сгорания через расширяющееся сопло и рассчитать геометрические размеры его без учета сопротивлений расход газа через сопло равен 0,5 кг/сек. [c.98]

Сопло Лаваля. При истечении газа через сужающиеся пли цилиндрические сопла в среду с давлением Рср< <Ркр используется только часть располагаемого перепада давлений от р1 до ркр и, следовательно, обеспечивается только частичный полезный переход потенциальной энергии в кинетическую. Для использования перепада давлений от р1 до р2<ркр и получения в выходном сечении сопла давления, равного давлению среды (куда происходит истечение), потребовалось создать сопло специального профиля. Такое сопло было предложено шведским инженером Лавалем и называется соплом Лаваля. Как видно из рис. 8-5, это сопло состоит из сужающейся части, которая- дополнена конусной частью, расширяющейся по направлению движения газа. В сужающейся части протекает процесс, аналогичный процессу в сужающемся сопле, здесь давление газа понижается от Р1 на входе в сопло до ркр в минимальном сечении (/мин). В расширяющейся конической части сопла происходит дальнейшее понижение давления газа от Ркр ДО давления р2=рср в выходном сечении сопла, которое будет максимальным (/макс). Такой профиль сопла объясняется характером изменения удельного объема и скорости движения газа при истечении. При движении газа по каналу сопла происходит непрерывное увеличение скорости (ш) и удельного объема (о). Однако при понижении давления газа от р1 до ркр более интенсивно растет скорость, поэтому в соответствии с уравнением (8-1) [c.130]

Применение расширяющегося сопла позволило увеличить скорость истечения за счет более полного использования перепада давлений. При этом величина расхода остается постоянной, так как расход газа через сопло определяется минимальным сечением сопла /иив [c.133]

Истечение из сужающегося насадка. Из предыдущего ясно, что если трубка, через которую истекает газ, не имеет расширяющейся части (такие трубки называются сужающимися насадками или соплами, также—дозвуковыми соплами), то при понижении давления р в окружающем пространстве от р до расход через насадок будет возрастать от нуля при Ра= Ро До кр при р р , когда в выходном сечении сопла будет достигнута критическая скорость. Дальнейшее понижение давления в окружающем пространстве не изменяет течение внутри сопла и не может увеличить расход газа через сопло (происходит так называемое запирание сопла), приводя лишь к изменению течения в струе вне сопла. [c.62]

При сверхкритическом перепаде давлений скорость истечения может стать сверхзвуковой только в том случае, если в соответствии с уравнением (9.28) за наиболее узким сечением сопла присоединить расширяющуюся часть т. е. выпускать газ через сопло Лаваля. [c.179]

Следует помнить, что присоединение к критическому сечению расширяющейся части увеличивает скорость истечения газа, но не увеличивает расхода газа через сопло. Расход газа в любом сечении сопла Лаваля равен расходу в критическом сечении. Этот расход зависит [c.180]

Теоретически при идеальном (без учета диссипативных процессов) газодинамическом истечении в вакуум через отверстие или с помощью сопла можно разогнать поток до любых чисел Маха при любой сколь угодно малой плотности. Однако в действительности при получении потоков разреженного газа с помощью сопел быстрое нарастание пограничного слоя в расширяющейся части сопла препятствует реализации режима, рассчитанного по идеальной схеме. Чтобы избежать Этой трудности, в последние годы уделяется большое внимание изучению свободно расширяющейся струи ). В этом течении нет стенок сопла и, следовательно, нет и мешающего реализации режима пограничного слоя. Однако оказывается, что и в этом течении наличие диссипативных процессов не позволяет получить сколь угодно большие числа Маха. [c.425]

Истечение через расширяющиеся сопла. Из уравнения (9.45) следует, что в расширяющемся сопле (когда д 0/с(х > 0) при ни, < 1 ы)1(1х т. е. течение газа является замедленным. Следоват(щьно, в отличие от течения газа в суживающемся сопле, где при происходит расширение [c.312]

Так как хю изменяется непрерывно, то если в горловине сопла ш -<с, скорость ш вблизи горловины (справа от нее) в начале расширяющейся части будет также меньше с. Поэтому и производная dwldx справа от горловины сопла (учитывая, что там dQldx ]> 0) будет иметь отрицательный знак, т. е. течение газа в расширяющейся части сопла в отличие от течения в суживающейся части является замедленным и, следовательно, в любом сечении сопла w С с. Этот случай реализуется при сравнительно малых значениях перепада давлений р —р, при котором происходит истечение газа через сопло. [c.313]

Цри данных начальных па ра1ме11рах газа се-Рис. 14-7. Истечение газа через кунДНЫЙ расход газа че-расширяющееся сопло (сопло-Лаваля) сопло определится [c.208]

Пусть движение газа осуществляется через суживающееся сопло ф<0. Из уравнения (13-24) следует, что знак величины df в этом случае противоположен знаку (а" — w ). Если (а — ш )>0 и w a, тогда d/<0 по направлению движения газа сечение сопла должно уменьшаться и скорость газа будет меньше местной скорости звука. Если (а — и )< 0 и ш>а, то по направлению движения газа сечение сопла должно увеличиваться и скорость газа будет больше местной скорости 13рука. В самом узком сечении сопла скорость движения газа будет равна скорости звука, что и является предельным значением скорости газа при его адиабатном истечении из суживающегося сопла. Для получения сверхзвуковых скоростей газа Б соплах необходимо, чтобы они имели сначала суживающуюся часть, а затем расширяющуюся. [c.209]

Пусть в сопло указанной конфигурации (рис. 206, а) поступает дозвуковой поток газа. Согласно уравнению Гюгонио в сужающейся (конфузорной) части скорость газа будет возрастать, а давление и плотность падать. Если в минимальном сечении (горле) скорость не достигнет критической, то в расширяющейся (диффузорной) части дозвуковой поток газа будет тормозиться, давление и плотность — возрастать и на выходе установится значение М < 1. Такой режим течения установится, если давление на выходе из сопла (противодавление) больше, чем некоторое граничное Рхгр, при котором в горле сопла устанавливаются критические параметры течения. Если теперь противодавление будет уменьшаться, то так как весь поток дозвуковой, возмущения в виде малых понижений давления будут распространяться вверх по течению, скорость потока во всех сечениях будет возрастать и при значении противодавления в горле будет достигнута звуковая (критическая) скорость и соответствующие ей значения р,,, Т . При этом режиме в диффузорной части происходит торможение потока от значения М = 1 в горле до некоторого Мх <1 — на срезе сопла. Если же противодавление далее уменьшится до значения р < р гр. то уменьшится давление и во всей диффузорной части. Но в горле давление не может сделаться меньшим, чем р, по причинам, которые мы выяснили, изучая истечение через сужающееся сопло. Поэтому на некотором участке диффузорной части, начиная от горла, поток получит возможность расширения и там установится сверхзвуковое течение. Однако, если давление Р1 на срезе недостаточно мало, то вблизи выхода поток будет все еще дозвуковым. Сопряжение сверхзвукового потока за горлом с дозвуковым вблизи выхода происходит в виде скачка уплотнения, который мы будем приближенно считать прямым. При дальнейшем понижении противодавления скачок уплотнения будет перемещаться внутри сопла к его выходному сечению и при некотором расчетном давлении Рхра ч расположится за срезом сопла. При этом значении противодавления на срезе устанавливается скорость, соответствующая расчетному значению числа Мхрасч > 1. При дальнейшем понижении противодавления поток будет на некотором участке вне сопла продолжать расширяться, а переход к дозвуковому режиму и полному торможению будет осуществляться через сложную систему косых скачков уплотнения. [c.453]

В поворотных системах весь двигатель, сопло или выхлопные патрубки турбины установлены в подшипниках и могут поворачиваться в пределах какого-то угла с изменением направления вектора тяги. Это наиболее распространенный способ управления (маршевые двигатели Н-1 и F-1 ракет-носителей семейства Сатурн , маршевый двигатель ВКС Спейс Шаттл SSME, RL-10, ЖРД с центральным телом), так как характеризуется минимальными потерями удельного импульса. Газовые рули и дефлекторы изменяют направление движения газового потока на выходе из сопла. Они доказали свою высокую надежность, но подвержены сильной эрозии и их применение приводит к потерям осевой тяги. Вторичньш впрыск рабочего тела (газа или жидкости) через стенку расширяющейся части сопла в основной поток продуктов сгорания приводит к возникновению косых скачков уплотнения, вызывающих изменение направления истечения части газа. Вспомогательные управляющие сопла постепенно эволюционировали к ЖРД малой тяги, которые также используются для управления космическим аппаратом и регулирования скорости полета при выключенном маршевом двигателе. Маленькие верньерные ЖРД применялись на ракетах Тор и Атлас . Они же используются в системе реактивного управления ВКС Спейс Шаттл . [c.201]

Применение расширяющегося сопла позволило увеличить скорость истечения за счет более полного использования перепада давлений. При этом величина расхода /Пмакс остается постоянной, так как расход газа через сопло определяется минимальным сечением сопла /мин и критическими параметрами Скр и икр, которые не зависят от расширяющейся части сопла. [c.88]

Истечение из профилированного сопла при сверхкритических отношениях давлений сопровождается перестройкой полей скорости в области выходного сечения, обусловленной деформацией пограничного слоя. При докритиче-ских отношениях давлений толщина пограничного слоя и толщина вытеснения достигают максимальной величины в выходном сечении. При сверхкритическом отношении давлений Рн/Р <я(1) волны пониженного давления Рн<Ркр из окружающей среды проникают внутрь сопла по дозвуковой области течения пограничного слоя и устанавливают в этой области тем большие отрицательные градиенты давления (1р1йх<СО, чем меньше Ри/Р <л(,1). Под действием этого отрицательного градиента давления на выходном участке сопла происходит ламинаризации (утоньшение) и сброс пограничного слоя и линии тока образуют расширяющийся канал и сверхзвуковые области течения у стенок сопла (рис. 15.22). Поверхность перехода А.==1 деформируется и смещается внутрь сопла, действительная ( эффективная ) площадь критического сечения и,-вместе с ней расход газа и 1130, возрастают. Деформация линии перехода и увеличение 1130 и расхода через сопло происходит до (рв1р ) стабилизации < я(1), при котором устанавливается полный сброс пограничного слоя в выходном сечении сопла. Дальнейшее снижение (Рн/р ) < (р/р )стабилиз. не вызывает изменения коэффициента расхода и расхода газа (см. рис. 15.21). Действительное сопло запирается при втором критическом отношении давлений (рн/р )<я(1). В этом случае на концевом участке сопла наблюдается существенная деформация полей скоростей с появлением характерных местных сверхзвуковых областей. Струйки, прилегающие к пограничному слою разгоняются до Я,>1, а в области оси сопла остаются дозвуковыми (см. рис. 15.22). [c.307]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...