Потери кинетической энергии в соплах. Коэффициент скорости и расхода.

Действительный 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