СОПЛО

специально спрофилированный закрытый канал, предназначенный для разгона жидкостей или газов до заданной скорости и придания потоку заданного направления. Служит также устройством для получения газовых и жидкостных струй. Поперечное сечение С. может быть прямоугольным (плоские С.), круглым (осесимметричные С.) или иметь произвольную форму (пространств. С.). В С. происходит непрерывное увеличение скорости v жидкости или газа в направлении течения — от нач. значения v0 во входном сечении С. до наибольшей скорости v=v0 на выходе. В силу закона сохранения энергии одновременно с ростом скорости v в С. происходит непрерывное падение давления и темп-ры от их нач. значений р0, Т0 до наименьших значений р0, Т0 в выходном сечении. Т. о., для реализации течения в С. необходим нек-рый перепад давления, т. е. выполнение условия p0>ра. При пост. плотности r для непрерывного увеличения v С. должно иметь сужающуюся форму, т. к. в силу неразрывности уравнения rvS=const площадь S поперечного сечения С. должна уменьшаться обратно пропорц. росту v. Однако при дальнейшем увеличении v начинает проявляться сжимаемость среды, плотность её уменьшается в направлении течения, поэтому постоянство rvS в этих новых условиях зависит от темпа падения r с ростом v. При vскорость распространения звука в движущейся среде, темп падения плотности газа отстаёт от темпа роста скорости, поэтому для обеспечения разгона, т. е. увеличения v, нужно по-прежнему уменьшать S (рис.1), несмотря на падение плотности (дозвуковое С.). Но при разгоне до скоростей v> а падение плотности происходит быстрее, чем рост скорости, поэтому в сверхзвук. части необходимо увеличивать площадь S (сверхзвуковое С.). Такое сверхзвук. С., наз. также соплом Лаваля, имеет вначале сужающуюся, а затем расширяющуюся форму (рис. 2). Изменение скорости вдоль С. определяется законом изменения S по длине С.

Давление в выходном сечении до-звук. С. всегда равно давлению рс в окружающей среде, куда происходит истечение из С. (ра=рс). При возрастании р0 и неизменном рс скорость va в выходном сечении дозвук.

С. сначала увеличивается, а после того как p0 достигнет нек-рой определ. величины, va становится постоянной и при дальнейшем увеличении р0 не изменяется. Такое явление наз. кризисом течения в С. После наступления кризиса ср. скорость истечения из дозвук. С. равна местной скорости звука (va=a) и наз. критической скоростью истечения. В этом случае все параметры газа в выходном сечении С. также наз. критическими.

В сверхзвук. С. критическим наз. его наиболее узкое сечение. Относит. скорость va/a в выходном сечении сверхзвук. С. зависит только от отношения площади выходного сечения Sc к площади его критич. сечения Sкр и не зависит в широких пределах от изменений давления р0 перед С. Давление в выходном сечении сверхзвук. С. может быть равно давлению в окружающей среде (ра=рс), такой режим течения наз. расчётным, в противном случае — нерасчётным. Нерасчётные режимы характеризуются образованием в потоке волн разрежения в случае ра>рс или ударных волн в случае радавление становится равным pс.

Сильное падение давления и темп-ры газа в сверхзвук. С. может приводить, в зависимости от состава текущей среды, к разл. физ.-хим. процессам (хим. реакции, фазовые превращения, неравновесные термодинамич. переходы), к-рые необходимо учитывать при расчёте течения газа в С. С. широко используются в технике (в паровых и газовых турбинах, в ракетных и воздушно-реактивных двигателях, в газодинамических лазерах, в магнитно-газодинамич. установках, в аэродинамических трубах и на тазодинамич. стендах, при создании мол. пучков, в хим. технологии, в струйных аппаратах, в расходомерах, в процессах дутья и мн. др.). Техн. задачи привели к бурному развитию теории С., учитывающей наличие в газовом потоке жидких и тв. ч-ц, неравновесных хим. реакций, переноса лучистой энергии и др., что потребовало широкого применения ЭВМ для решения указанных задач, а также для разработки сложных эксперим. методов исследования течений в С.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

СОПЛО

- канал (труба) переменного по длине поперечного сечения, струй. Поперечное сечение С. может быть прямоугольным(плоские С.), круглым (осесимметричные С.), иметь форму кольца (кольцевыеС., С. с центр. телом) или произвольную форму, в т. ч. форму эллипса илимногоугольника (пространственные С.).

С. широко используются в технике: в паровых, водяных и газовых турбинах, газодинамических лазерах, в магнитогидродинамич. установках, в аэродинамических трубах ина газодинамич. стендах, при создании молекулярных пучков, в хим. технологии, В С. происходит непрерывное увеличение скорости v жидкости илигаза в направлении течения - от начального (обычно малого) значения v₀ во входном сечении С. до наиб. скорости v_c на выходеС. При движении по С. внутр. энергия рабочего тела преобразуется в кинетич. сила реакции к-рой, направленная противоположноскорости истечения, наз. тягой. В силу закона сохранения энергии одновременнос ростом скорости в С. происходит непрерывное падение давления и темп-рыот их нач. значений р ₀, Т ₀ во входном сеченииС. до наим. значений р _c, Т _c в выходном. Т.

Если считать движение жидкости или газа по С. изоэнтропийным (см. Изоэнтропийныйпроцесс )и стационарным и рассматривать средние по поперечному сечению S значения давления р, скорости v, плотности р и скоростизвука с (одномерное приближение), то из Эйлера ур-ния

СОПЛО фото №3

( х - координата вдоль сопла), неразрывности уравнения и выражения скорости звука СОПЛО фото №5 СОПЛО фото №6 получаемур-ние

СОПЛО фото №7

Из него видно, что при v< с (дозвуковое течение поС.) знак dv противоположен знаку dS, т. е. для того, чтобыскорость течения по С. росла (dv х должна уменьшаться (dS< 0), а при v > с (сверхзвуковоетечение по С.) знаки dv и dS одинаковы, т. е. для полученияроста скорости (dvS вдольС. (dSS. Если v = с, то dS= 0 и ф-ция S(x )принимает экстремальное(минимальное) значение. Т. о., дозвуковое С. имеет сужающуюся форму (рис.1).

наиб. скорость, к-рую можно получить в сужающемся С., равна скоростизвука и достигается в его выходном (наиб. узком) сечении. СверхзвуковоеС., называемое также соплом Лаваля по имени его изобретателя - швед. инженераК. Г. П. де Лаваля (К. G. P. de Laval), имеет вначале сужающуюся, а затемрасширяющуюся форму (рис. 2). Давление р _с в выходномсечении дозвукового С. всегда равно давлению р _а в окружающейсреде, куда происходит истечение из С. (p_c = p_а). При возрастании р ₀ и неизменном р _а скорость v_c в выходном сечении дозвукового С. сначалаувеличивается, а после того как р ₀ достигнет нек-ройопредел. величины, v_c становится постоянной и при дальнейшемувеличении р ₀ не изменяется. Такое явление наз. кризисомтеченияв С. После наступления кризиса ср. скорость истечения из дозвуковогоС. равна местной скорости звука (v = с )и наз. критической скоростью. СОПЛО фото №8

Рис. 1. Схема дозвукового сопла.
СОПЛО фото №9

Рис. 2. Схема сверхзвукового сопла.

В сверхзвуковом С. критическим наз. его наиб. узкое сечение. Криваялиния, на к-рой реализуется переход от дозвуковой к сверхзвуковой скороститечения (линия v= с), расположена в области мин. сечения С., поэтомуср. скорость в критич. сечении всегда близка к скорости звука. относит. идавление СОПЛО фото №10 в выходном сечении сверхзвукового C. зависят только от отношения площадивыходного сечения S_c к площади критич. сечения и не зависятв широких пределах от изменения относит. давления p₀/p_а. Давление в выходном сечении сверхзвукового С. может быть равно давлениюв окружающей среде (p_c⁼ p_а)' такой режим течения в С. наз. расчётным, в противном случае - нерасчётным. р _с р _а или ударных волн вне или внутри С. в случае р _с< р _а. Когда поток проходит через систему волн разрежения или ударных волн, р _а.

В более общем случае неизоэнтропийного и неадиабатич. течения в С. ур-ниетипа (2) включает члены, учитывающие трение, подвод или отвод теплоты, скорость звука может происходить не только в геометрическом- сначала сужающемся, а затем расширяющемся С., но и при изменении знакавоздействия на поток в канале пост. сечения. Так, дозвуковой поток в такомканале ускоряется при подводе теплоты (тепловое С.), массы (расходное С.),совершении газом механич. работы (механическое С.), а сверхзвуковой - приизменении знака этих воздействий на обратный. Под влиянием одностороннеговоздействия величину скорости газового потока можно довести только до критической(до скорости звука), но нельзя перевести через неё.

Изменение скорости вдоль геом. С. определяется законом изменения площади S(x )по длине С. Контур С., т. S(x )в одномерномприближении, определить нельзя. Поэтому развита теория двумерных (плоскихи осесимметричных) и трёхмерных (пространственных) течений в С., основаннаяна решении (гл. обр. численными методами с использованием ЭВМ) осн. дифференц. Маха числом М _с= v_c/c), а контур С. ракетных и воздушно-реактивныхдвигателей определяют так, чтобы получить макс. импульс потока на выходеС. (макс. тягу) при заданных ограничениях массы и габаритов С. Чтобы удовлетворитьпоставленным требованиям в широком диапазоне изменения условий течения(напр., изменения числа Маха С. аэродинамич. труб, скорости и высоты полёталетат. аппарата с ракетным или воздушно-реактивным двигателем), применяютрегулируемые С. В сверхзвуковых С. аэродинамич. труб и дозвуковых С. двигателейприменяют механич. регулирование площади критич. сечения С. S_кp, что позволяет путём изменения отношения S_кр/S_с изменять число Маха и давление на выходе С., а в сверхзвуковых С. двигателейс той же целью кроме регулирования S_кр используют выдвижные(телескопические), раскрываемые и разворачивающиеся насадки, дискретнымобразом изменяющие S_c.

Теория С. рассматривает течение реального рабочего тела в С. теплообмен рабочего тела со стенками С., наличие в газовом потокежидких и твёрдых частиц (см. Двухфазное течение), неравновесныххим. реакций и физ. процессов возбуждения внутр. степеней свободы молекул, процессы, кпд турбин. Развитиетеории С. дало ответ на многие принципиальные вопросы изучения движенияжидкостей и газов. Наряду с теорией С. разработаны сложные эксперим. методыисследования течения в С., потребовавшие создания спец. гидродинамич. установоки газодинамич. стендов, а также системы измерения сил и параметров течения.

Лит.: Абрамович Г. Н., Прикладная газовая динамика, 5 изд., ч.1-2, М., 1991; Стернин Л. Е., Основы газодинамики двухфазных течений всоплах, М., 1974; П и р у м о в У. Г., Росляков Г. С., Течения газа в соплах, С. Л. Вишневецкий.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.

Синонимы:

движитель, дюза, жопа, зад, задница, канал, лицо, нос, рот, течка, ягодицы

Смотреть больше слов в «Физической энциклопедии»

СОПРОТИВЛЕНИЕ АКУСТИЧЕСКОЕ →← СООТНОШЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

СОПЛО

Синонимы слова "СОПЛО":

Смотреть что такое СОПЛО в других словарях:

Рекомендуем посмотреть: