Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Общее 20.10.2011. II часть.doc
Скачиваний:
501
Добавлен:
14.08.2019
Размер:
17 Мб
Скачать
☆

8.10.2. Работа дозвукового сопла на расчётном режиме

Рассмотрим расчётный режим работы сопла, при котором давление на выходе из сопла pс равно давлению окружающей среды pН. На расчётном режиме очевидно, что

. (8.57)

При данном условии в сопле происходит полное расширение газа, давление в выходном сечении сопла равно давлению окружающей среды (pс = pН) и поэтому действительная степень понижения давления газа в сопле равна располагаемой (πс = πс.р.). Поскольку πс.р. < πкр, то располагаемой степени понижения давления не хватает для разгона газа для скорости звука. Скорость истечения газа из сопла в этом случае меньше скорости звука (сс < ас и Мс < 1). Характер изменения параметров потока вдоль сопла при данном соотношении между πс.р. и πкр показан на рис. 8.12,а.

При дозвуковых скоростях истечениях газа режим работы сопла всегда расчётный. Это объясняется тем, что любое изменение pН в виде волн слабых возмущений проникает внутрь сопла, вызывая изменения давления в сопле при одновременном изменении скорости.

Например: увеличение высоты полета (Н) вызывает уменьшение давления pН, тогда слабые возмущения вызванные уменьшением pН, распространяясь навстречу дозвуковому потоку (сс < ас) внутрь сопла «предупреждают» его об уменьшении pН. В результате происходит перестройка потока на новые условия до тех пор, пока давление pс не станет равным новому значению pН. И одновременно из – за роста , произойдет увеличение скорости потока, а режим работы сопла остается расчётным.

Если располагаемая степень понижения давления газа в сопле равна критической (πс = πкр), то в этом случае скорость истечения газа из сопла равна местной скорости звука (сс = ас, Мс = 1). Расширение газа в сопле полное (pс = pН), и действительная степень понижения давления газа равна располагаемой (πс = πс.р. = πкр). Такой режим работы сопла можно рассматривать как предельный из режимов с полным расширением газа в сопле, когда при полном использовании располагаемой степени понижения давления в суживающемся сопле достигается максимально возможная скорость потока.

Изменение параметров потока вдоль сопла при πс.р. = πкр показано на рис. 8.12,б. В выходном сечении сопла скорость и параметры потока равны критическим, которые определяются по уравнениям (8.32) … (8.35).

Рис. 8.12. Характер изменения параметров потока вдоль сопла:

а – при πс.р. < πкр и б – при πс.р. = πкр

8.10.3. Работа дозвукового сопла на нерасчётном режиме

Нерасчётным режимом работы сопла называется такой режим, при котором давление газа на выходе из сопла больше давления окружающей среды, т. е. pс > pН.

Следовательно, условием нерасчётного режима является, что располагаемая степень понижения давления газа в сопле больше критической (πс.р. > πкр). Несмотря на повышение величины πс.р. в области πс.р. > πкр, скорость истечения газа из сопла остается равной критической (сс = ас = акр; Мс = 1), так как в суживающемся сопле нельзя разогнать поток до скорости, превышающей местную скорость звука. Соответственно температура, плотность, давление и скорость газа в выходном сечении сопла, а также величина πс остаются равными критическим значениям:

pс = pкр, Тс = Ткр, ρс = ρкр, сс = скр, πс.р. = πкр.

О сновной особенностью данного режима работы суживающегося сопла является то, что расширение газа в сопле неполное – давление газа в выходном сечении сопла выше давления окружающей среды (pс > pН), а действительная степень понижения давления меньше располагаемой (πс < πc.р.). Следовательно, располагаемая степень понижения давления газа полностью не используется в сопле для увеличения скорости потока, газ покидает сопло, унося с собой неиспользованную энергию (рис. 8.13,б.).

Рис. 8.13. Характер изменения параметров потока вдоль сопла при πс.р. > πкр

В области значений πс.р. > πкр изменение внешних условий не сказывается на характере течения газа в сопле. В частности изменение давления pН и связанное с ним изменение πс.р. не влияют на параметры потока в выходном сечении сопла. Физически это объясняется тем, что возмущения в виде изменения давления распространяются в газе со скоростью звука. В случаях, когда в выходном сечении сопла скорость истечения газа равна местной скорости звука, изменение давления окружающей среды не может распространяться навстречу потоку внутрь сопла и повлиять на течение газа в нем. Сопло при этом как бы заперто.

Заметим, что хотя в области πс.р. > πкр скорость истечения газа из суживающегося сопла сс не может быть больше местной скорости звука, повысить её можно за счёт увеличения температуры газа на входе в сопло , так как величина скорости звука с ростом температуры газа растёт.

Рис. 8.14. Зависимости πс = f (πс.р.), Мс = f (πс.р.)

На рис. 8.14. показаны зависимости πс и числа Мс (или что тоже – скорости истечения сс) от πс.р.. В области 1 < πс.р. < πкр сопло работает с полным расширением газа (πс = πс.р.), поэтому зависимость πс от πс.р. здесь представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат под углом 45°. Число Мс и соответственно скорость истечения сс с ростом πс.р. увеличиваются, достигая при πс.р. = πкр критических величин (Мс = 1; сс = скр,). Дальнейшее увеличение πс.р. в области πс.р. > πкр не изменяет, как указывалось ранее, ни πс, Мс.

На основе сказанного, рис. 8.14. можно выделить две характерные области: область полного расширения газа в сопле (1 < πс.р. < πкр) и область недорасширения (при πс.р. > πкр).

В результате недорасширения газ покидает сопло, унося с собой неиспользованную энергию. Таким образом, в режиме недорасширения не вся энергия газа используется для увеличения скорости, часть её теряется (рис. 8.13,б.).