§13. Истечение и дросселирование

Истечение газов и паров — широко распространенный процесс в паровых и газовых турбинах и в реактивных двигателях.

Обычно рассматривают истечение пара или газа через сопло (насадок). В зависимости от назначения сопла бывают суживающиеся, цилиндрические и расширяющиеся. Скорость, которую ра­бочее тело приобретает при выходе из сопла, называют скоростью истечения, а количество (массу) рабочего тела, выходящее из соп­ла за секунду, — секундным расходом. Истечение пара или газа считают процессом адиабатным, так как скорости истечения на­столько велики, что за время пребывания вещества в сопле между ним и окружающей средой практически нет теплообмена.

Режим истечения, при котором в устье сужающегося или ци­линдрического сопла устанавливается скорость, равная местной скорости звука, называют критическим. Критическому режиму ис­течения соответствуют критические значения параметров пара или газа (р_к и V_K). В сужающемся и цилиндрическом сопле нельзя по­лучить скорость истечения, которая была бы больше скорости зву­ка. Шведский инженер и изобретатель Лаваль в 1889 г. впервые предложил сопло, в котором суживающаяся часть дополняется расширяющимся конусом с углом 10—12°. Это сопло получило на­звание сопла Лаваля. В суживающейся части сопла пар или газ расширяется от начального давления до критического, причем в минимальном сечении устанавливается критическая скорость. В расширяющейся части сопла обеспечивается дальнейше плавное расширение пара или газа до давления окружающей среды без от­рыва потока от стенок сопла и образования вихрей. При этом пар или газ вытекает из сопла со сверхзвуковой скоростью. Эти сопла широко применяют в паровых и газовых турбинах, реактивной технике.

Не менее важное значение имеет процесс дросселирования газа и пара. Дросселированием называют процесс понижения давления пара или газа при прохождении их через какое-либо местное со­противление в трубопроводе (шайба, задвижка, клапан и т. д.). В процессе дросселирования рабочее тело расширяется, однако оно не производит внешней работы. При дросселировании реального га­за в зависимости от условий температура его может возрастать, уменьшаться или оставаться без изменения.

Эффект изменения температуры при дросселировании называет­ся дроссель-эффектом. Этот параметр может быть положительным (ДГ<0), отрицательным (∆T>0) и равным нулю (∆T= 0). Измене­ние температуры определяется соотношением начальной темпера­туры и температуры превращения.

Во многих производствах дросселирование применяют для полу­чения холода и сжижения газов, разделения воздуха и кокосового газа.