Сопло и диффузор. Комбинированное сопло Лаваля.

Рассмотрим воздействие формы канала df на адиабатное течение в соплах и диффузорах. Сопла – это каналы, в которых происходит расширение газа и увеличение скорости его движения. В диффузорах происходит сжатие газа и уменьшение скорости его движения.

 

Течение в соплах

Для течения в соплах, где газ расширяется и скорость растет dW >0. При этом знак df будет одинаковым со знаком скобки (М²-1) уравнения (8).

Если на входе в сопло число Маха M<1 и разность (М²-1) – отрицательна, то сопло является суживающимся, т.е. df <0.

Если на входе в сопло число Маха М>1, то разность (М²-1) – положительна и df >0, т.е. сопло – расширяющееся. Увеличение скорости течения при М>1 происходит за счет увеличения площади поперечного сечения канала.

 

Течение в диффузорах

В диффузорах, где происходит сжатие газа и уменьшение скорости его движения, dW <0 и знак df противоположен знаку выражения (М²-1). При M>1 df <0, т.е. диффузор суживающийся. При M<1 df >0, т.е. диффузор расширяющийся.

Таким образом, один и тот же канал в зависимости от величины скорости газа на входе в канал может работать и как диффузор и как сопло. В суживающемся сопле нельзя достичь скорости газа, большей, чем местная скорость звука. Для получения скорости истечения большей скорости звука должны применяться комбинированные сопла – сопла Лаваля.

30. Дросселирование газов. Инверсия температур Дросселирование – это эффект падения давления при преодолении потоком рабочего тела сопротивления, например: частично открытого вентиля, задвижки, шибера, пористой стенки (рис. 6.9).

Данный процесс является необратимым адиабатным (dq = 0, ds_H > 0), в котором полезная работа не совершается, а изменение кинетической энергии пренебрежимо мало.

Согласно уравнению первого закона термодинамики (6.2) при : h ₁ = h ₂, т. е. энтальпия рабочего тела в процессе дросселирования не изменяется.

 

Таким образом, при дросселировании рабочего тела:

· давление уменьшается (dp < 0);

· энтальпия не изменяется (dh = 0);

· энтропия увеличивается (ds > 0);

· удельный объем увеличивается (dv > 0).

При дросселировании идеального газа температура не изменяется
(dT = 0), т. к. h = f(T).

При дросселировании реальных газов и паров температура может увеличиваться, уменьшаться или не изменяться для одного и того же рабочего тела. Это зависит от параметров, при которых газ либо пар дросселируются.

Изменение температуры реальных газов и паров характеризуется дифференциальным эффектом дросселирования: .

При a _h > 0 – температура уменьшается (dT < 0).

При a _h < 0 – температура увеличивается (dT > 0).

При a _h = 0 – температура не изменяется (dT = 0).

Состояние рабочего тела, в котором a _h = 0, называется точкой инверсии, а соответствующая ей температура – температурой инверсии (T _инв). При атмосферном давлении для водорода – t _инв = -57 ^оС, гелия – t _инв = -239 ^оС, водяного пара – t _инв = 4097 ^оС. При температурах t < t _инв температура рабочего тела в процессе дросселирования уменьшается.