Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Идеальное течение газа в сопле Лаваля



У двигателей сверхзвуковых самолетов pс.расп на многих режимах полёта значительно превосходит pкр. Тогда из-за недорасширения газового потока, применение суживающихся сопел приводит к значительным потерям тяги двигателя. Поэтому для эффективного использования pс.расп применяют суживающе-расширяющиеся сопла − сопла Лаваля, в которых поток разгоняется до сверхзвуковой скорости.

Изменение параметров газа вдоль сопла Лаваля в суживающейся части сопла не отличается от течения в суживающемся сопле при pс.расп ³ pкр (рис. 5.9). На этом участке поток разгоняется до скорости звука, которая достигается в минимальном (критическом) сечении сопла. Параметры газа в этом сечении равны критическим. В расширяющейся части сопла Лаваля происходит дальнейшее увеличение скорости, сопровождаемое снижением давления и температуры газового потока. При этом в сопле Лаваля при отсутствии трения и теплообмена со стенками температура и давление заторможенного потока вдоль сопла будут оставаться постоянными ( , ) .

Режим работы сопла Лаваля определяется соотношением между действительной и располагаемой степенями понижения давления (pс и pс.расп). При этом возможны три режима работы:

1. Режим полного расширения, когда pс = pс.расп . В этом случае давление в выходном сечении сопла равно давлению окружающей среды, т.е. p2 = pH. Для сопла Лаваля такой режим работы принято называть расчетным.

2. Режим недорасширения (неполного расширения), когда pс < pс.расп . В этом случае давление газа в выходном сечении сопла выше давления окружающей среды ( p2 > pH) и окончательное расширение газа до атмосферного давления pH происходит за пределами сопла.

3. Режим перерасширения, когда pс > pс.расп . В этом случае давление газа в выходном сечении сопла ниже давления окружающей среды (p2 < pH),и за соплом происходит сжатие (повышение давления) газа в струе.

   
  Рис. 5.9   Рис. 5.10  

Влияние на течение газа в сопле. Важным параметром сопла Лаваля является относительная площадь выходного сечения сопла (геометрическая степень расширения) .

Из уравнения неразрывности, записанного для критического и выходного сечений сопла, следует, что , откуда

или .

Аналогично для любого другого сечения сопла получим или .

Будем считать полные параметры потока вдоль тракта сопла постоянными. Тогда, зная закон профилирования сопла, т.е. , можно определить , а затем и все параметры потока газа в любом сечении сопла (в том числе и в выходном), т.к. все газодинамические функции однозначно связаны между собой. Покажем это схематически: → М, → c (где ), , , .

Максимальное значение достигается в критическом сечении сопла (рис. 5.10).

Установим связь между и . При увеличении значение

уменьшается. В области значений это приводит к снижению (рис. 4.12), что вызывает рост .

 
Рис. 5.11  

Следовательно:

- значение однозначно связано с (рис. 5.11);

- при увеличении увеличивается , а значит и М2;

- если в сопле Лаваля const, то течение газа происходит при постоянном значении , независимо от изменения ;

- расчетный режим работы сопла Лаваля (т.е. ) при заданных (т.е. при заданном ) возможен только при одном единственном значении ;

- если const, то . Тогда при адиабатном течении в сопле , , . Таким образом, при изменении полных параметров газа перед соплом происходит пропорциональное изменение статических параметров газа на срезе сопла. То же самое происходит в любом другом сечении сопла.

Расход газа через сопло Лаваля. Запишем расход газа через критическое сечение сопла .

В энергоизолированном потоке , . Кроме того, в критическом сечении сопла , тогда

.

Таким образом, расход газа через сопло Лаваля зависит от рода газа [ )], полных параметров перед соплом , и площади критического сечения сопла .

Влияние на течение газа в сопле Лаваля. В этом анализе будем считать, что const, и . Если const, то все газодинамические функции в сопле и на выходе из него также будут постоянными. Кроме того, т.к. действительная степень расширения газа в сопле однозначно определяется значением , т.е. , то она также будет постоянной.

Сопло работает на расчетном режиме, если (рис. 5.12а), тогда давление на выходе из сопла и .

При увеличении пропорционально увеличивается , т.е. сопло будет работать на режиме недорасширения.

При принятых выше условиях скорость истечения газа из сопла

и число Маха М2 изменяться не будут.

Расход газа через сопло будет возрастать пропорционально

При уменьшении все параметры газа в сопле будут изменяться в обратном направлении, а сопло будет работать на режиме перерасширения.

 
а) б) Рис. 5.12. Изменение параметров газа в сопле Лаваля

 

На режимах глубокого перерасширения, когда давление газа на выходе из сопла р2 становится существенно меньше давления окружающей среды рН, окружающий воздух под давлением рН проникает внутрь канала через пограничный слой на стенках сопла, скорость течения в котором намного меньше скорости звука. Это вызывает отрыв потока от стенок в расширяющейся части сопла Лаваля (рис. 5.12б) и изменение характера распределения статического давления в зоне отрыва.




Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.