47. Вращающиеся потоки вязкого газа.

Энтальпия торможения в потоке вязкого газа с неравномерным распределением скоростей является переменной величиной и условие l₀=const не может служить характеристикой течения и интегралом уравнения энергии адиабатического потока.

Наиболее отчетливо этот эффект обнаруживается во вращающихся потоках газа и, в частности, в вихревой трубе Ранка .

Таким образом, в вихревой трубе обнаруживается эффект температурного разделения газа, который может быть использован для целей охлаждения различных тел и, в частности, в холодильных установках кратковременного действия и пр. Вместе с тем этот эффект заслуживает дальнейшего подробного теоретического и экспериментального изучения, так как он проявляется во всех случаях, когда возникает вращательное движение газа (ступень турбомашины, вихревой насос и др.).

Необходимо подчеркнуть, что неравномерное распределение температур торможения в адиабатическом потоке вязкого газа, связанное с неравномерным распределением скоростей, обнаруживается и при внешнем обтекании тел (в пограничном слое и в кормовом следе). Во всех случаях, когда выделяющаяся теплота трения не равна количеству тепла, отводимому теплопроводностью, имеет место неравномерное распределение полной энергии.

48. Суживающиеся сопла

49 Суживающееся сопло при переменном режиме

При изменении параметров газа в резервуаре и за соп­лом меняются расход газа и спектр вытекающей струи. Пользуясь соотношениями , можно проанализи­ровать изменение расхода при одновременном изменении давления в резервуаре и давления среды р. Обозначим: Ро макс — максимальное давление в резервуаре;G*_MaKC — соответствующий этому давлению максимальный критический расход; р0, G*— текущие значения давления в резервуаре и крити­ческого расхода. Можно выразить отноше­ние критических расходов:

Предполагая, что при изменении давления р₀ темпера­тура газа в резервуаре Т₀ сохраняется постоянной, получим:

При T_о = const и неизменном давлении в резервуаре изменение расхода в зависимости от давления за соплом р_а выражается уже известным нам уравнением.

Отсюда следует, что при изменении начального давле­ния все точки кривой приведенного расхода сдвигаются пропорционально е₀, т. е. пропорционально изменению дав­ления перед соплом.

Следовательно, отношение расхода G к максимальному критическому расходу G*_MaKC можно представить в зависи­ мости от е_а и е.В результате мы получаем некоторую коническую поверхность, каждая точка которой определяет расход газа через суживающееся сопло в зависимости от давле­ний перед соплом и за ним. Продолжением конической поверхности служит плоский треуголь­ник , точки которого отвечают области критических расходов газа. Получаем сетку относительных расходов газа, которая предста­вляет собой проекцию конической поверхности на пло­скость . Сетка расходов весьма удобна для графического расчета сопла при изменениях ре­жима.При изучении переменного режима сопла большой прак­тический интерес представляет характер изменения спектра струи за соплом. Для докритических режимов истечения изменения параметров на входе в сопло и выходе из него слабо влияют на форму струи за соплом. При сверхкритических перепадах давлений переход от критической скорости в выходном сечении к сверхзвуковой скорости происходит в свободной струе за соплом.

Для оценки качества сопла служат коэффициент расхода, коэффициент скорости и коэффициент потерь.

Коэффициент расхода определяется по фор­муле

где G — действительный расход газа через сопло;

G_t — теоретический расход (при изоэнтропическом про­цессе).

Коэффициент скорости представляет собой от­ношение скоростей в действительном и теоретическом про­цессах: