О профилировании конического сопла

Идеальным профилированным соплом принято называть сопло с изоэнтропным течением и одномерным потоком газа на срезе сопла, причем вектор скорости потока параллелен оси сопла. Иными словами, для идеального сопла потери на рассеивание энергии равны нулю.

Рассмотрим случай конического сопла, полагая, что газ является идеальным и потери на трение отсутствуют. Как ясно из полученных выше соотношений, для расчета геометрических характеристик такого сопла необходимо знать параметры рабочего тела на входе в сопло и давление на выходе сопла. Причем, если кинетическая энергия потока на входе в сопло отлична от нуля, в расчетах удобнее использовать параметры торможения — температуру адиабатного торможения, давление адиабатного торможения и энтальпию адиабатного торможения.

Как следует условия неразрывности,.

Поэтому с точки зрения законов сохранения длина сопла никак не влияет на закономерности течения. При обратимом адиабатном течении безразлично, какой будет длина сопла. Однако реальное сопло имеет длину, обусловленную площадями входного и выходного сечений и углом конусности. Последний выбирается из условий минимизации потерь на трение.

Площадь любого сечения сопла А_х связана со скоростью потока V_x в данном сечении уравнением неразрывности.

Поэтому, если поток массы задан, площадь критического сечения сопла можно рассчитать, но формуле.

где.

Удельный объем газа в критическом сечении можно найти с помощью уравнения адиабаты.

Рис. 7.11. Коническое сопло

Для конического сопла проектными параметрами обычно являются угол входа в сопловую часть, а и угол выходной части сопла у (рис. 7.11). Скорость потока на срезе сопла можно рассчитать с использованием закона сохранения энергии. Удельный объем газа на срезе сопла равен.

Площадь выходного сечения сопла можно рассчитать, используя уравнение неразрывности. Зная площади критического и выходного сечений, а также угол выходной части, нетрудно найти длину сопла.

Угол входа в сопловую часть выбирается обычно в пределах 22—40°, угол выходной части лежит в диапазоне 12—15°.