- •Министерство образования и науки Украины
- •Конспект
- •Механика газов Лекция 1: Общие сведения о свойствах и движении газов
- •1.Газы сжимаемые и несжимаемые
- •2.Газы реальные и идеальные
- •Лекция 2: Ламинарное и турбулентное движение газов. Давление газов и его разновидности
- •1. Ламинарное и турбулентное движение газов
- •2. Давление газов и его разновидности
- •Лекция 3: Статика газов
- •1. Уравнение Эйлера
- •2. Распределение избыточного давления на стенки сосуда заполненного горячим газом
- •Лекция 4: Динамика газов. Основные уравнения движения газов
- •1. Понятие о линии тока и трубке тока
- •2. Уравнение сплошности (неразрывности) движения газов
- •3. Уравнение импульсов Эйлера
- •4. Уравнение Бернулли для трубки тока идеального газа
- •5. Вывод уравнения Бернулли в избыточных давлениях
- •Лекция 5: Применение уравнения Бернулли в расчетах
- •1. Потери давления на предоление местных сопротивленй и на трение.
- •2.Истечение газов через отверстия с острыми кромками
- •3. Истечение газов через насадки
- •4. Расчет высоты дымовой трубы
- •Лекция 6: Сверхзвуковое движение газов
- •1. Общие сведения
- •2. Движение газа по трубе переменного сечения
- •3. Истечение газов через простое сопло
- •4. Сопло Лаваля. Конструкция и режимы его работы
- •Лекция 7: Движение газов в рабочем пространстве печей. Тягодутьевые устройства
- •1.Причины движения газов. Свободное и вынужденное движение.
- •2. Свободные струи, их свойства.
- •3.Частично ограниченные струи.
- •4.Явление инжекции.
- •5.Тягодутьевые устройства:
- •Лекция 8: Теплопередача. Передача тепла теплопроводностью
- •1. Теплопроводность.Уравнение Фурье
- •2.Стационарная теплопроводность.
- •2.Свободная конвекция.
- •3. Вынужденная конвекция при продольном обтекании поверхности.
- •4) Вынужденная конвекция при поперечном обтекании труб и цилиндров.
- •Лекция 10: Излучение твердых тел
- •1. Общие сведения. Закон Стефана-Больцмана
- •2. Угловые коэффициенты излучения.
- •Лекция 11: Закон Кирхгофа. Излучение газов
- •1. Закон Кирхгофа.
- •2. Особенности излучения и поглощения газами тепловой энергии.
- •3. Определение степени черноты газов.
- •Лекция 12: Сложный теплообмен в рабочем пространстве печей
- •Лекция 13: Внутренний теплообмен при нагреве материалов. Нагрев тел при граничных условиях I, II, III рода
- •1.Основные понятия и определения.
- •2.Нагрев тонких тел.
- •3.Нагрев массивных тел. Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье
- •Лекция 14: Решение дифференциального уравнения теплопроводности Фурье при граничных условиях 3 рода.
- •1. Определение температур нагрева металла.
- •2. Определение продолжительности нагрева металла.
4. Сопло Лаваля. Конструкция и режимы его работы
Сверхзвуковая скорость WWзв. может быть получена в сопле, состоящем из суживающейся и расширяющейся части. Такое сопло называется соплом Лаваля по имени его создателя (рис.1).
Рисунок 1
Сужающаяся часть служит для ускорения дозвукового потока газа.
В соответствии с уравнением Гюгонио, в сужающейся части газ может разогнаться до критической скорости в самом узком сечении, в критическом. В расширяющейся части должно происходить дальнейшее ускорение газа до сверхзвуковых скоростей. Течение газа в сужающейся части подчиняется тем же законам, что и в простом сопле.
Режим работы сопла Лаваля
При Р1=Ра (атмосферном давлении) движения газа нет. С увеличением Р1 перед соплом скорости вдоль всего сопла дозвуковые, т. е. скорость в расширяющейся части падает, а давление растет.
Дальнейшее повышение давления перед соплом приводит к тому, что за горловиной скорость газа становится выше скорости звука и давление его падает.
При достаточно высоком значении Р1 давления хватает ровно настолько, чтобы к выходу из сопла давление плавно выровнялось с атмосферным. Вместе с непрерывным падением давления непрерывно растет скорость. Режим при котором в свехзвуковом сопле происходит непрерывное уменьшение давления от Р1 до Ра называется расчетным. Для конкретного сопла существует единственное значение , при котором оно работает в расчетном режиме и Р2=Ра.
Режимы, при которых относительное давление слишком велико, чтобы обеспечить сверхзвуковую скорость именно на срезе сопла называют нерасчетными, а сопла, работающие в этих режимах – перерасширенными.
Обычно сужающуюся и расширяющуюся части сопла Лаваля выполняют коническими. Сопряжение конусов закругляют так, чтобы проходное сечение было равно критическому. Центральный угол сужения не имеет существенного значения и обычно равен 60–900. Угол раскрытия расширяющейся части предусматривают 8–120.
Сопла Лаваля рассчитывают таким образом, чтобы скорость в самом узком сечении его была критической, а в расширяющейся части превосходила звуковую, постепенно возрастая по мере приближения к выходному отверстию сопла. Если скорость в критическом сечении сопла fкр. будет меньше критической, то в расширяющейся части будет уменьшаться, а не увеличиваться, т. е. будет изменяться также, как и в обычном сопле.
В сопле Лаваля выравнивание (уменьшение) давления в критическом сечении до Ра происходит не за соплом, а в расширяющейся части сопла, и сопровождается увеличением скорости истечения. Соответственно возрастает кинетическая энергия струи, которая используется для совершенствования полезной работы. В этом преимущество сопла Лаваля перед обычным соплом.
Максимум полезно используемой энергии достигается при условии, что длина расширяющейся части сопла Лаваля не больше и не меньше, чем это требуется для полного выравнивания (уменьшения) давления.
Если это условие не выполняется, то эффективность применения сопла Лаваля уменьшается. Характеристики истечения из сопла Лаваля:
Скорость,м/с
; (1.47)
масса, кг/с
; (1.48)
площадь сечения, м2
. (1.49)
Сопла Лаваля широко применяются в металлургии, например при создании кислородных фурм для конверторов.