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 vа 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 ра<�рс. Когда поток проходит через систему таких волн вне С., давление 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.

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 ра<�рс. Когда поток проходит через систему таких волн вне С., давление 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.