Режим работы суживающегося сопла определяется соотношением между располагаемой (
) и критической (pкр) степенями понижения давления. Будем рассматривать изменение 
за счет изменения атмосферного давления 
. При этом возможны три режима работы сопла.
1. Режим полного расширения, когда < pкр. В этом случае:
- давление газа в выходном сечении сопла равно давлению окружающей среды (p 2 = pH), т.е. расширение газа в сопле полное, а pс= ;
- так как < pкр, то располагаемой степени понижения давления недостаточно для разгона потока до скорости звука, поэтому с 2< а 2 (М2<1). Характер изменения параметров потока вдоль сопла при данном соотношении между и pкр показан на рис. 5.6 а.
2. Критический режим, когда 
= pкр. В этом случае:
- расширение газа в сопле полное, т.е. p 2 = pH = р кр и pс = = pкр;
- так как pс = pкр, то поток в сопле разгоняется до скорости звука на выходе из него (рис. 5.6 б), т.е. 
(М2= с 2/ а 2=1);
- это предельный режим работы суживающегося сопла с полным расширением газа, когда скорость на выходе из сопла достигает скорости звука, т.е. 
.
|
| Рис. 5.6. Изменение параметров газа в суживающемся сопле |
3. Режим недорасширения, когда > pкр. В этом случае:
- расширение газа в сопле не полное, т.е. p 2 > pH и pс = pкр < . Окончательное расширение газа (т.е. понижение его давления до величины p H) происходит за пределами сопла (рис. 5.6 в). Следовательно, располагаемая степень понижения давления газа не используется полностью в сопле для увеличения скорости потока;
- скорость истечения газа из сопла равна критической скорости, т.е. 
, а число М2=1. Возмущения внешнего потока в виде р н не могут проникнуть внутрь сопла и перестроить поток. Значит, изменение параметров газа вдоль сопла будут такими же, как и на критическом режиме.
Таким образом:
- для суживающегося сопла характерны только два режима работы:
· режим полного расширения (pрасп £ pкр) при котором р 2 = р Н,
pс= , с 2 £ а 2, M2 £ 1;
· и режим недорасширения ( > pкр), когда р 2> р Н, pс =pкр,
с 2= а 2, M2=1.
- в суживающемся сопле нельзя разогнать поток до скорости больше скорости звука.
5.6.2. Влияние pс.расп на течение газа в суживающемся сопле
На рис. 5.7 показаны зависимости pс и числа M2 от . В области £ pкр сопло работает на режиме полного расширения газа (pс = ), поэтому зависимость pс от здесь представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат. Число M2 и соответственно скорость истечения с 2 с ростом увеличиваются, достигая при = pкр критических величин (М2 = 1; с 2 = с кр). Дальнейшее увеличение в области > pкр, когда сопло работает на режиме недорасширения, не изменяет ни pс, ни M2.
|
| Рис. 5.7 |
В области значений > pкр изменение, например, давления окружающей среды рH при 
не влияют на параметры потока в выходном сечении сопла. Физически это объясняется тем, что возмущение в виде изменения давления рH, распространяется в газе со скоростью звука. И в случаях, когда в выходном сечении сопла скорость истечения газа равна местной скорости звука, изменение давления окружающей среды не может распространиться навстречу потоку внутрь сопла и повлиять на течение газа в нем. Сопло при этом как бы «заперто».
Расход газа через сопло
Расход газа через суживающееся сопло
,
где значение параметра m определяется свойствами газа (k, R).
Так как при идеальном, энергоизолированном течении газа в сопле p 2 * = p 1 * и T 2 * = T 1 *, то этой формуле можно придать следующий вид:
.
Таким образом, расход газа через суживающееся сопло зависит от:
- свойств газа, т.е. коэффициента m=f (k,R);
- параметров заторможенного потока на входе в сопло (p 1*, T 1*);
- площади выходного сечения сопла F 2;
- действительной степени понижения давления газа в сопле, которая определяет величину относительной плотности тока в выходном сечении q (l2).
Если pс = pкр, что, как указывалось, имеет место при pс.расп ³ pкр, то параметры газа в выходном сечении сопла - критические и q (l2)=1. В этом случае
.
|
| Рис. 5.8 |
На рис.5.8 показана зависимость расхода газа G через сопло от при изменении его за счёт снижения давления окружающей среды рH (при неизменных значениях p 1 *, Т 1 * и F 2). При =1 течение газа в сопле отсутствует и G = 0. Повышение в области £ p кр приводит к увеличению расхода за счёт роста скорости истечения до тех пор, пока она при = pкр не достигает скорости звука. Дальнейшее увеличение за счёт понижения рH уже не оказывает влияния на параметры течение газа в сопле, и поэтому расход через него остаётся постоянным.
