25. Сопло Лаваля. Истеч вод пара через это сопло.

Если перемещение газа по каналу происходит его расширение с уменьшением давления и увеличением скорости, то такой канал называется соплом. Если в канале происходит сжатие рабочего тела с увеличением его давления и уменьшением скорости, то такой канал называют диффузором. В каналах при небольшой разности давлений газа и внешней среды скорость течения рабочего тела достаточно большая. В большинстве случаев длина канала небольшая и процесс теплообмена между стенкой и газом незначителен, поэтому процесс истечения газа можно считать адиабатным. Скорость истечения (на выходе канала) определяется из уравнения:

w = w₂ = v 2(h₁ – h₂) . или

w = v 2/( - 1)·P₁·х ₁ [1 – (P₂/P₁)^(-1)/].

Массовый секундный расход газа, [кг/с]:

m = f·w/х ₂ ,

где: f – площадь сечения канала на выходе. Так как процесс истечения адиабатный, то:

m = f· 2/( - 1)·P₁/х ₁·[(P₂/P₁)^2/ – (P₂/P₁)^(+1)/]. Массовый секундный расход идеального газа зависит от площади выходного канала, начального состояния газа и степени его расширения. Критическим давлением называется такое давление на выходном сечении канала, при котором достигается максимальный расход газа и определяется следующим выражением:

P_К = P₂ = _К·P₁ ,

где: P_К = (2/( + 1))^г/(г-1) . для одноатомных газов:  =1,66  _К = 0,49 ; для двухатомных газов:  =1,4  _К = 0,528 ; для трехатомных газов:  =1,3  _К = 0,546 . Критической скоростью называется скорость газа в выходном сечении канала, при давлении равном или меньшем критического - P_К.

w_К =  2(/( + 1))·P₁·х ₁ .

Критическая скорость зависит при истечении идеального газа только от начальных параметров, его природы и равна скорости звука газа (а) при критических параметрах.

w_К = а =  ·P_К·х_К .

Комбинированное сопло Лаваля предназначено для использования больших перепадов давления и для порлучения скоростей истечения, превышающих критическую или скорость звука. Сопло Лаваля состоит из короткого суживающегося участка и расширяющейсяя конической насадки (Рис.5.1). Опыты показывают, что угол конусности расширяющейся части должен быть равен  = 8-12^о. При больших углах наблюдается отрыв струи от стенок канала.

Скорость истечения и секундный расход идеального газа определяются по формулам (5.7) и (5.9). Длину расширяющейся части сопла можно определить по уравнению:

l = (D – d) / 2·tg(/2) , где:  - угол конусности сопла; D - диаметр выходного отверстия; d - диаметр сопла в минимальном сечении.