Вопрос № 29 Потери кинетической энергии в соплах. Коэффициент скорости и расхода.

Д ействительный процесс течения в соплах рассматривают условно как адиабатный процесс с трением. Течение газа сопровождается возникновением сил сопротивления и соответственно потерями энергии различной природы (на трение слоёв, вихревыми потерями, волновыми потерями).

0-1 – процесс изоэнтропного течения газа в сопле без потерь энергии.

Очевидно, что любые потери энергии приводят как к увеличению i, так и s рабочего тела на выходе из сопла, по сравнению с изоэнтропным течением. Потери энергии уменьшают располагаемую кинетическую энергию потока на выходе из сопла, что определяет уменьшение скорости газа на выходе. На 1-м же микроучастке длины сопла часть потенциальной энергии газа переходит в кинетическую, т.к. поступающий в сопловой канал поток начинает ускоряться, работа сил сопротивления порождает теплоту, эквивалентную работе трения и энергии вихрей и волн. Теплота эта практически полностью усваивается газом, что повышает его энтальпию. Прирост энтальпии создает условия для дополнительного количества кинетической энергии в оставшейся части сопла. Таким образом, благодаря цепочке преобразований: потенциальная энергия кинетическая энергия теплота трения энтальпия газа (потенциальная энергия) кинетическая энергия и т.д., в конечном итоге для сопла в целом суммарная потеря кинет. энергии будет меньше, чем работа сил трения. Изоэнтропийная скорость потока на выходе из сопла может быть определена следующим образом: . Действительная скорость на выходе из сопла меньше энтропийной скорости: . Потери кинет. энергии в сопловом канале составят: . Для расчетного определения действительной скорости потока на выходе из сопла, часто пользуются коэффициентом скорости с_1' = с_1t· . Зная коэффициент скорости можно определить все величины, характеризующие процесс действительного течения: .

Для энергетической характеристики потока на выходе из сопла, применяют понятие коэффициента потерь энергии: . Коэффициент потерь энергии выражает потерю кинетической энергии в долях от кинетической энергии потока на входе в сопло.

КПД сопла: . Коэффициент расхода сопла: в процессе действительного течения теплота трения подогревает газ, его уд. объем и температура возрастают, а уд. вес и плотность уменьшаются по сравнению с изоэнтропным процессом. Коэффициент расхода определяется опытным путем, он является 1-й из самых главных характеристик действительного процесса течения газа в сопловом канале, косвенно отражая структуру потока, эпюру скоростей в выходном сечении сопла, средний угол выхода потока из сопла.

Коэффициент расхода сопла: . Из опытных данных известно, что для перегретого пара и газов, подчиняющихся уравнению состояния идеального газа утверждение всегда верно. Для влажного пара .

Вопрос № 30 Механизм возникновения подъемной силы при обтекании потоком крылового профиля.

Крыловым обычно называют профиль цилиндрических тел с закругленной передней кромкой и заостренной задней.

Такую форму или близкую к ней имеют крылья летательных аппаратов, лопасти гребных винтов и турбомашин, подводные крылья судов. Эта форма обеспечивает минимальное лобовое сопротивление и максимальную подъемную силу.

Из диаграммы сил давления видно, что подъемная сила создается не столько повышением давления под крылом, сколько падением давления над крылом (под-избыточное давление, над-разряжение) . Жуковский Н.Е. показал, что любая подъемная сила крыла связана с вихрями. Имеется ввиду, что около крыла обтекаемого потоком формируется вихрь, который назвали присоединенным. Если бы имел место невязкий поток, то подъемная сила равнялась бы нулю, поскольку поток позади крыла не изменял бы направление движения по отношению к потоку перед крылом. При обтекании крыла реальным вязким потоком может рассматриваться как суперпозиция (наложение) невязкого обтекания и вихревого движения воздуха вокруг крыла с направлением циркуляции вихрей по часовой стрелке. Величина подъемной силы оказалась напрямую связана с наличием циркуляции скорости Г по контуру охватываемому профиль крыла. Этот контур должен находиться вне зоны пограничного слоя, толщина которого, применительно к крылу может составлять несколько сил. При обтекании крыла вихри периодически отрываются от поверхности задней кромки и уносятся потоком газа, т.о. очевидно, что вязкость потока способствует образованию подъемной силы, являясь определяющим фактором для формирования циркуляции скорости вокруг профиля крыла.