3.3. Скачок уплотнения

Что такое лобовое сопротивлениепри обтекании твердых тел потоком жидкости или газа – общеизвестно. Однако, кроме лобового сопротивления, при обтекании возникает так называемоеволновое сопротивление, являющееся результатом затрат энергии на образование акустических или ударных волн. В газе, например, ударные волны возникают при образованиискачка уплотненияу лобовой поверхности тела при обтекании его сверхзвуковым потоком газа. При образовании скачка уплотнения резко увеличивается плотность, температура, давление и скорость вещества потока; в результате могут иметь место процессыдиссоциациииионизациимолекул, сопровождающиеся мощным световым излучением.

Эффект Коанда. Румынский ученый Генри Коанд в 1932 году установил, что струя жидкости, вытекающая из сопла, стремится отклониться по направлению к стенке и при определенных условиях прилипает к ней. Это объясняется тем, что боковая стенка препятствует свободному поступлению воздуха с одной стороны струи, создавая вихрь в зоне и пониженного давления. Аналогично и поведение струи газа. На основе этого эффекта строится одна из ветвейпневмоникиили струйной автоматики [4].

Эффект воронки. Если уровень жидкости в сосуде с открытой поверхностью понизить до определенного уровня при свободном сливе жидкости через отверстие в нижней части сосуда, то на поверхности образуется вихревое движение воды (водоворот), устойчивость которого трудно нарушить.

3.4. Дросселирование жидкостей и газов

Дросселирование– это понижение давления и, следовательно, расширение движущегося газа, пара или жидкости при прохождении черездроссель(местное гидродинамическое сопротивление – сужение трубопровода, вентиль, кран, пористая перегородка и др.). Этот процесс широко применяется для измерения и регулирования расхода жидкостей и газов.

Адиобатическое (без теплообмена с окружающей средой) дросселирование обычно сопровождающиеся изменением температуры вещества. Этот эффект был обнаружен и исследован в 1852 – 62 годах и назван эффектом Джоуля-Томсона.

Эффект Джоуля-Томсона считается положительным, если вещество в процессе дросселирования охлаждается (ΔТ<0), отрицательным, если нагревается (ΔТ>0). Величина и знак эффекта определяется соотношением между работой вещества и работой сил внешнего давления, а также свойствами вещества.

В зависимости от условий дросселирования одно и то же вещество может как нагреваться, так и охлаждаться. Для каждого реального газа существует температура T_i, при которой (для данного давления) разность ΔT, Т, °С проходя через нулевое значение, меняет свой знак. Такая температура называется температурой инверсии. При малых перепадах давления наблюдаетсядифференциальный эффект Джоуля-Томсона, при котором изменение температуры также мало.

Эффект Джоуля-Томсона – один из основных процессов, применяемых в технике снижения газов и получения сверхнизких температур.

Для воздуха и многих других газов точка инверсии лежит выше комнатной температуры и они в процессе адиабатического дросселирования охлаждаются. На рисунке 3.2 для примера приведена кривая инверсии азота. В пределах кривой эффект положительный, вне кривой – отрицательный, для точек на самой кривой эффект равен нулю [1].