Физическая модель
Конфузор – длинный сужающийся канал, дозвуковое сопло – достаточно короткое изделие (1.5-2 входных диаметра), т.к. зависит от разности скоростей на входе и выходе. Т.е. из-за малой длины сопла на срезе поле скоростей будет неравномерным, как по направлению, так и по значению скорости в каждой точке, поток по краям не параллелен оси. Именно поэтому из двух вариантов в работе используется сопло. Сужающиеся конические сопла обычно дозвуковые, в крайнем случае – звуковые. Раз установка называется «сопло», значит, предполагается ускорение, и значит потом на входе всегда дозвуковой, а течение конфузорное. Но в реальное модели конфузорное течение будет не везде
Рис.2. Поток газа в коническом сопле
Вблизи стенки сопла будет возникать давление частичного торможения. Соответственно против дозвукового потока будет распространяться область повышенного давления +Δр. Она возникнет за счет давления частичного торможения. Суммарная энергия изменяться в идеальном сопле не может, (а в реальном сопле энергия в тепловом виде остается не изменой, а в механическом за счет гидропотерь уменьшается) кинетическая уменьшается, а потенциальная растет и на оборот. Потоку нужно чтобы было торможение. И соответственно где будет наблюдаться рост давление, будет расширение струи. А потом после прохождения поворота будет сужаться и возникнет разряжение -Δр. И в результате давление на срезе равно атмосферному давлению.
Когда поток более-менее выровняется параллельно оси, начнется сужение. Возникнет зона разряжения (рис.1). Т.к. начальная площадь и площадь на срезе короткого сопла равны, центральная струя потока будет протекать без ускорения. Что бы и центральная струя потока имела ускорение, необходимо увеличить длину сопла, либо воспользоваться Ветошинским соплом.
Рис. 3. Поток газа в сопле Ветошинского. А – Чрезмерное ускорение, Б – недоускорение.
Сопло Ветошинского сначала имеет маленький радиус, из-за этого поверхность быстро искривляется, а значит, давление частичного торможения и нормальная составляющая скорости вырастают. Поворот потока начнется намного раньше, чем в коническом сопле. Дальнобольность струи к оси увеличивается и в центре появится ускорение. Поток начнется сужаться. На срезе поток приобретет равномерное поле скоростей. В обычном сопле кривизна дуги должна быть больше на входе, потому что выходной участок предназначен для выравнивания, в сопле Витошинского наоборот. В данной задаче это сложное сопло не требуется.
Скорости малые, подводимая работа крохотная, сжимаемостью можно пренебречь, повышение давления и температуры не значительны. Поле скоростей на входе и выходе неравномерно, однако в середине сопла оно выравнивается. В зоне пограничного слоя происходит взаимодействие с внешней средой.
З
амеры
проводим с помощью трубки - Пито (рис.
4): статическое и полное давление.
Температуру принимаем комнатной.
Давление замеряем барометром.
Рис.4. Трубка Пито. Вид спереди (а) и с торца (б).
Для решения задачи принимается:
Рабочее тело – воздух;
Движение воздушного потока принимают установившееся, т. е. в каждой точке потока параметры не меняются с течением времени;
Среда несжимаемая и, следовательно, плотность будем рассчитывать через давление невозмущенного потока (атмосферное);
Окружающая среда никак не воздействует на поток и не изменяет его свойства.