Принцип работы сопло Лаваля? Сопло лаваля принцип работы


Исследование сопла Лаваля

Цель работы

Выполнить численное моделирование движения воздушного потока внутри сопла Лаваля.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

  • создать 3D модель сопла

  • выполнить продувку сопла с помощью SW Flow Simulation

  • проанализировать полученные результаты

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Сопло Лаваля (или сужающееся-расширяющееся сопло) представляет собой канал, суженный в середине, имеющий вид песочных часов. Служит для ускорения газового потока, проходящего через него, до скоростей выше скорости звука. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных двигателей.

Сопло было разработано в 1890 г. веке шведским изобретателем Гюставом де Лавалем.

Работа сопла основана на различных свойствах газового потока на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Скорость дозвукового потока будет увеличиваться по мере сужения канала, так как массовый расход является постоянным. Поток газа в в сопле Лаваля является изоэнтропным (энтропия газа примерно постоянна). На дозвуковых скоростях газовый поток является сжимаемым; звук (волна малого давления), будет распространяться через такой поток. Вблизи «горлышка» сопла, где площадь сечения наименьшая, локальная скорость газа становится звуковой (число Маха М =1) Как только площадь сечения сопла начинает увеличиваться, газ продолжает расширяться и газовый поток ускоряется до сверхзвуковых скоростей, где звуковая волна не проходит в обратную сторону через газ (М > 1).

Сопло Лаваля будет действовать лишь в том случае, если массовый расход через сопло достаточен, в противном случае сверхзвуковая скорость достигнута не будет. К тому же, давление газа на выходе из расширяющейся части сопла не должно быть слишком малым. Так как давление не может передаваться против сверхзвукового течения, выходное давление может быть значительно ниже давления окружающей среды в которую истекает газ, но если оно слишком мало, тогда поток перестанет быть сверхзвуковым, либо поток будет разделяться в расширяющейся части сопла, образуя нестабильный поток, который может «хлопать» в сопле, и вызвать его повреждения. На практике, давление окружающей среды должно быть не более, чем в 2,7 раза выше давления в сверхзвуковом газе, при этом условии сверхзвуковой поток сможет покинуть сопло.

Для математического описания движения газа используется уравнение состояния идеального газа и уравнение Эйлера. Из них можно вывести такое ключевое уравнение:

(1)

где величины ихарактеризуют относительную степень изменяемости по координатех плотности газа и его скорости соответственно. Причем уравнение (1) показывает, что соотношение между этими величинами равно квадрату числа Маха (знак минус означает противоположную направленность изменений: при возрастании скорости плотность убывает). Таким образом, на дозвуковых скоростях (М < 1) плотность меняется в меньшей степени, чем скорость, а на сверхзвуковых (M > 1) – наоборот. Как будет видно дальше, это и определяет сужающуюся-расширяющуюся форму сопла.

Поскольку массовый расход газа постоянен:

,

где A – площадь местного сечения сопла, то

.

дифференцируя обе части этого уравнения по х, получаем:

(2)

После подстановки из (1) в (2), получаем окончательно:

(3)

Из (3) видно, что при увеличении скорости газа в сопле знак выражения положителен и, следовательно, знак производнойопределяется знаком выражения.

Из чего можно сделать следующие выводы:

  • При дозвуковой скорости газа (M < 1), производная  – сопло сужается

  • При сверхзвуковой скорости газа (M > 1), производная  – сопло расширяется.

  • При движении газа со скоростью звука (M = 1), производная – площадь поперечного сечения достигаетэкстремума, то есть имеет место самое узкое сечение сопла, называемое критическим.

Итак, на сужающемся, докритическом участке сопла движение газа происходит с дозвуковыми скоростями. В самом узком, критическом сечении сопла локальная скорость газа достигает звуковой. На расширяющемся, закритическом участке, газовый поток движется со сверхзвуковыми скоростями.

Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70%, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей других типов. Это объясняется тем, что рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины). В других тепловых двигателях на этой передаче имеют место значительные потери. Кроме того, газ, проходя через сопло на большой скорости, не успевает передать его стенкам заметное количество тепловой энергии, что позволяет считать процесс адиабатическим. У реальных тепловых двигателей других типов нагрев конструкции составляет существенную часть потерь. Автомобильный двигатель, например, работает больше на радиатор охлаждения, чем на выходной вал.

Иллюстрация работы сопла Лаваля. По мере движения газа по соплу, его абсолютная температура Т и давление p снижаются, а скорость V возрастает

Порядок выполнения работы

  1. Создание твердотельной модели сопла в SW:

Порядок создания модели сопла:

Рисуем ось длиной 100 мм

Рисуем сплайном контур сопла

Замыкаем контур двумя отрезками

Форма сплайна задается произвольно, главное, чтобы по форме контур сплайна был похож на сопло Лаваля.

  1. Продувка сопла:

Последовательность продувки такая же, как в предыдущей работе.

Сначала с помощью мастера проекта задаются общие параметры численного эксперимента, такие как тип задачи (внутренняя), тип текучей среды (воздух, с большими числами Маха) и т.д. Большинство параметров остаются такими же, как они заданы по умолчанию.

Задаются граничные условия:

Вход: тип – «Расход/Скорость» и «Скорость на входе», величина скорости 200 м/с.

Выход: тип – «Давление» и «Давление окружающей среды».

Цели расчета можно не задавать.

Запуск расчета. Процесс расчета можно приостановить, чтобы понаблюдать за сходимостью решения.

  1. Анализ полученных результатов:

Строятся следующие картины в сечениях:

Картина давления на поверхности сопла:

Траектории потока:

Также средствами Flow Simulation можно построить графики, показывающие распределение какого-либо параметра вдоль оси, а потом экспортировать эти графики в MS Excel.

Предварительно строим осевую линию сопла как трехмерный эскиз . Длина осевой линии равна длине сопла, т.е. 100 мм.

График изменения скорости по длине сопла График изменения давления по длине сопла

График изменения температуры по длине сопла График изменения числа Маха по длине сопла

Контрольные вопросы

  1. Что такое сопло Лаваля?

  2. В каких устройствах сопло Лаваля нашло применение?

  3. В чем принцип работы сопла?

  4. Условия функционирования сопла?

  5. На чем основывается математическое описание процессов, происходящих в сопле?

  6. В чем физический смысл уравнений (1) и (3)?

  7. Что такое докритический, критический и закритический участки?

  8. Чему равен КПД сопла Лаваля?

  9. Согласуются ли результаты решения с теоретическими данными? Показать на конкретных примерах.

Самостоятельная работа №3

studfiles.net

Сопло Лаваля. Конструкция и режимы его работы

Сверхзвуковая скорость W>Wзв. может быть получена в сопле, состоящем из суживающейся и расширяющейся части. Такое сопло называется соплом Лаваля по имени его создателя (рис.1).

Рисунок 1

Сужающаяся часть служит для ускорения дозвукового потока газа.

В соответствии с уравнением Гюгонио, в сужающейся части газ может разогнаться до критической скорости в самом узком сечении, в критическом. В расширяющейся части должно происходить дальнейшее ускорение газа до сверхзвуковых скоростей. Течение газа в сужающейся части подчиняется тем же законам, что и в простом сопле.

Режим работы сопла Лаваля

При Р1=Ра (атмосферном давлении) движения газа нет. С увеличением Р1 перед соплом скорости вдоль всего сопла дозвуковые, т. е. скорость в расширяющейся части падает, а давление растет.

Дальнейшее повышение давления перед соплом приводит к тому, что за горловиной скорость газа становится выше скорости звука и давление его падает.

При достаточно высоком значении Р1 давления хватает ровно настолько, чтобы к выходу из сопла давление плавно выровнялось с атмосферным. Вместе с непрерывным падением давления непрерывно растет скорость. Режим при котором в свехзвуковом сопле происходит непрерывное уменьшение давления от Р1 до Ра называется расчетным. Для конкретного сопла существует единственное значение , при котором оно работает в расчетном режиме и Р2=Ра.

Режимы, при которых относительное давление слишком велико, чтобы обеспечить сверхзвуковую скорость именно на срезе сопла называют нерасчетными, а сопла, работающие в этих режимах – перерасширенными.

Обычно сужающуюся и расширяющуюся части сопла Лаваля выполняют коническими. Сопряжение конусов закругляют так, чтобы проходное сечение было равно критическому. Центральный угол сужения не имеет существенного значения и обычно равен 60–900. Угол раскрытия расширяющейся части предусматривают 8–120.

Сопла Лаваля рассчитывают таким образом, чтобы скорость в самом узком сечении его была критической, а в расширяющейся части превосходила звуковую, постепенно возрастая по мере приближения к выходному отверстию сопла. Если скорость в критическом сечении сопла fкр. будет меньше критической, то в расширяющейся части будет уменьшаться, а не увеличиваться, т. е. будет изменяться также, как и в обычном сопле.

В сопле Лаваля выравнивание (уменьшение) давления в критическом сечении до Ра происходит не за соплом, а в расширяющейся части сопла, и сопровождается увеличением скорости истечения. Соответственно возрастает кинетическая энергия струи, которая используется для совершенствования полезной работы. В этом преимущество сопла Лаваля перед обычным соплом.

Максимум полезно используемой энергии достигается при условии, что длина расширяющейся части сопла Лаваля не больше и не меньше, чем это требуется для полного выравнивания (уменьшения) давления.

Если это условие не выполняется, то эффективность применения сопла Лаваля уменьшается. Характеристики истечения из сопла Лаваля:

Скорость,м/с

; (1.47)

масса, кг/с

; (1.48)

площадь сечения, м2

. (1.49)

Сопла Лаваля широко применяются в металлургии, например при создании кислородных фурм для конверторов.

 

Лекция 7:

Похожие статьи:

poznayka.org

soplo

Продолжим:

 Прошел год. Вынужден признать, что конструкция, в том виде , в котором она здесь выложена, не работает. Не хватает, например, обязательного вращения вокруг продольной оси результирующего вектора магнитной индукции. И как это сделать, пока не знаю. То ли гармоники накладывать на токи основных катушек, то ли дополнительные катушки громоздить. Короче, вынужден признать – что-то не так. Ну, я уже давно этим занимаюсь,  так что меня уже трудно чем-либо разочаровать. Поэтому не останавливаемся, а идем дальше.

На Матриксе один посетитель (только два сообщения и оба мне) мне написал такой пост:#47 polni Вы на верном пути, но движетесь в обратном направлении. На самом деле как только Вы начинаете усложнять ,то отдаляетесь от решения. Реально все очень просто, но Вам мешает образование, нужно отказаться от навязанных нам правил. К сожалению объяснить Вам суть не имею права.

Да я и внимания-то не обратил, мало ли таких сообщений разные умники пишут. А тут на глаза очередной раз попалась и что-то зацепило и стал задумываться.

Быть на верном пути – это значит, что выбор пути построения электромагнитного тороидального вихря – это верно. А вот методика – неверна. И ведет к удалению от результата. А все почему – от Большого Ума – от образования. Тесла крутил поле и мы давай покрутим. А ведь все на самом деле гораздо проще.

Торнадо-технологии – они уже существуют. И есть установки, которые работают как генераторы СЕ, но фактически работают на поглощении тепла окружающего пространства, т.е. являются вечными двигателями второго рода. Вот например эти установки:

 

Вот небольшой ролик: "Молекулярный двигатель Потапова" http://www.youtube.com/watch?v=X0oqnh40Ock Посмотрите!

Установка МАЗЕНАУЭРА.

Перевод подписи к этой установке:

Принцип работы устройства:       Вначале турбина разгоняется до определённой скорости. Воздух засасывается со стороны меньшего диаметра турбины , проходит внутрь и сжимается в коническую спираль. Для этого требуется какая-то энергия. После прохождения сужения двойного конуса ротора, сжатый воздух расширяется, его объём увеличивается и он продвигается далее по винтовым траекториям. При расширении воздуха его температура падает, отбирается тепло от окружающей среды при контакте со стенками турбины . Упомянутое расширение происходит на всём пути вплоть до выхода воздуха со стороны большего диаметра , куда засасывается воздух через отверстие меньшего диаметра турбины по траектории спирали, свойственной природному естественному движению. Таким образом, существующие природные энергии, введенный в движение процесс, подобно торнадо, общая энергия на стороне всасывания вихря обеспечивает больше энергии, чем требуется для сжатия воздуха на стороне нагнетания. В механическом приводе на раскрутку конструкции более нет необходимости (электрический стартер может быть отключен). Начинается самоподдержка, скорость вращения может повышаться вплоть до разрушения конструкции. (Хайнц Мазенауэр в начале не знал об этой особенности и не был к этому готов. Поэтому он  потерял около 1,5 млн. швейцарских франков  при разрушении своих дорогих прототипов). Но с помощью простых технических приёмов огромный потенциал турбины может управляться очень даже хорошо и предотвратить её разрушение довольно легко.       

 

Торнадо устроено гораздо сложнее, чем в ранее предлагаемой мной конструкции. Пришлось изучать тему. Чтобы легче было понять мои дальнейшие рассуждения очень Вас прошу изучить сайт Евгения Арсентьева, который посвящен торнадо технологиям.

Вот ссылка: Дана не главная страница, а сразу где про Генератор.

http://evgars.com/true.htm

Убедительно прошу – почитайте. Иначе Вам меня будет трудно понять и много материала мне бы пришлось переносить сюда и сильно загромоздить страницу.

Почитали……

И вот здесь приходит понимание, что в основу торнадо- технологий может быть положена работа такого замечательно устройства, как СОПЛО ЛАВАЛЯ. Главным, замечательным свойством этого устройсва является явление ИМПЛОЗИИ - поглощение энергии внешней среды. В нашем случае в виде тепла.

Вот, что пишет Википедия по этому поводу:

«Сопло́ Лава́ля — газовый канал особого профиля, разгоняющий проходящий по нему газовый поток до сверхзвуковых скоростей. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателей. Сопло представляет собой канал, суженный в середине. В простейшем случае такое сопло может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами. Эффективные сопла современных ракетных двигателей профилируются на основании газодинамических расчётов.» И вот еще, важно:

«Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70 %, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей всех других типов. Это объясняется тем, что рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины). В других тепловых двигателях на этой передаче имеют место значительные потери. Кроме того, газ, проходя через сопло на значительной скорости, не успевает передать его стенкам заметное количество своей тепловой энергии, что позволяет считать процесс адиабатическим. У реальных тепловых двигателей других типов нагрев конструкции составляет существенную часть потерь. Автомобильный двигатель, например, работает больше на радиатор охлаждения, чем на выходной вал.»

 

А вот знаменитое устройство Виктора Шаубергера. Обратите внимание (кто этим занимается, тот знает), что трубки слегка сплюснуты, а сама приплюснутость вдоль трубки имен спиральную структуру.

 

Арсеньтев пишет, что если бы Шаубергер  знал, что эта его конструкция и есть сопло Лаваля, и оно уже само по себе обладает всеми необходимыми качествами, то не стал бы мучится с навиванием трубок  - не  было бы необходимости. Просто сопло дало бы тот же эффект. То есть жидкость в этом сопле закрутилась бы сама по себе в нужную структуру.

Может быть, а может и нет…… Поглядим.

Сайт Арсентьева посвящен газовой и гидравлической динамике Торнадо.

Но мы-то с Вами хотим получить электромагнитное торнадо – торроидальное магнитное поле. Почему бы для этих целей не использовать те же замечательные свойства СОПЛА ЛАВАЛЯ. Ведь эфир, по принимаемому нами положению, имеет газоподобную структуру.

В тех устройствах, представленных Арсентьевым, в сердцевине трроидального вихря лежит СОПЛО ЛАВАЛЯ.

Попробуем это СОПЛО ЛАВАЛЯ – ФОРМУ СОПЛА ЛАВАЛЯ  использовать в качестве сердечнику для намотки катушки:

Чтобы газовые потоки, - а в нашем случае силовые линии магнитного поля - имели конфигурацию как вот на этой картинке: (черным примерные линии намотки провода)

 

Намотка должна осуществляться по следующей траектории:

С ворзвратом витка через центральный канал. Это по моему мнению. Получается многозаходная спиральная катушка. В нашем случае показана двухзаходная. По моему этого может хватить.

Такая намотка работает как чистое сопло.

 А можно противоположный вид намотки пробовать, когда уплотнение витков делается по краям катушки, а центре они практически параллельны оси.

Но у Шаубергера и в установке Мазенауэра мы все таки видим разбиение потоков на закрученные струи. Тогда в нашем случае, сначала из обмоточной проволки нужно сделать «генераторы магнитных струй». А затем еще и саами «струи» слегка закрутить. Мне почему-то думается, что возврат через центральный канал должен делаться именно закрученным проводом, чтобы магнитное поле возврата не мешало, его нужно"спрятать" вовнутрь закрученного в катушку провода.

Поэтому поводу есть очень, очень любопытный материал:«ИГРА В БУБЛИКИ» посмотрите в обязательном порядке. На рис. видно, что намотка сделана не просто проводом, а закрученным проводом.

http://x-faq.ru/index.php?topic=181.15  Там надо загрузить файл в PDF формате

Вид торнадо изнутри:

Короче, будем наматывать катушки Во всех видах и пробовать. Есть еще вопрос как эту катушку запуститьь – просто подсоединить к генератору частот и пройтись по частотам? Это вопрос к электронщикам – кто понимает. Направления винтов, намоток, токов, полей и т.д,что очень важно - это потом, на практике.

Маленький токарный станок по дереву «Умелые Руки» у меня есть. На даче валяется. Сердечники деревянные точить.  Еще нужна бормашинка, чтобы делать криволинейные канавки для обмотки на кривой поверхности. У меня тоже есть. Купил давно еще китайскую в интернете – 1500 р.  Сами боры в магазинах для стоматологов.  Весной заеду жить на дачу – буду заниматься. Может кто – то ужу сделает и получит результат. Пишите…. Не стесняйтесь….

Помните, когда Тесла демонстрировал свой автомобиль, который питался от маленькой коробочки. Ему задали вопрос, откуда он получает энергию. Помните, что он ответил? «Я охлаждаю эфир», - ответил великий ученый.

Почему он не запатентовал это устройство? А какой смысл патентовать то, что может повторить любой частник у себя в гараже. Может еще что……

 

 Продолжим:

Поискал по сети про конусные катушки и ничего толкового не нашел. Странно. Вот это видео, нужно посмотреть.

https://www.youtube.com/watch?v=iYNDgaVEPgA

Здесь имеются две ключевые фразы. 1.Чувствуется эффект давления на ладонь некого потока. 2.Чувствуется эффект охлаждения.

Давайте посмотрим следующую конструкцию.

 

На первый взгляд – Это обычная торроидальная катушка. Но без внутреннего жесткого сердечника. Из жестких элементов – это верхнее и нижнее кольцо. Например из фанеры. По периметру наружного и внутреннего кольца наносим небольшие выреза, ну скажем 1х1мм, для того, чтобы обмотка не болталась. Для жесткости и удобства намотки можно между кольцами закрепить временно 4-6 стоек, которые затем убираются, через провода об отки. А может и не стоит, пусть внутри остаются. Намотали торроидальную катушку, причем не виток к витку , а с шагом. И начинаем внешнее и нижнее кольца  вращать относительно оси навстречу друг другу Конфигурация будет меняться и начнет получаться линейчатый гиперболоид.

У этого гиперболоида косоугольная намотка. Не надо путать с катушкой Родина, там принципы другие.

Косая намотка обеспечивает спирально-вихревое движение магнитного потока к центру образовавшегося сопла. Для получения  полноценного сопла Лаваля нужно, чтобы диаметры верхнего и нижнего основания были разные, как на рис.

Что еще мне нравится в этой конструкции, так это то, что диаметр сопла можно подбирать вращением. Если мы считаем, что ЭФИР имеет газоподобную структуру, то при прохождении сопла, при адиабатическом расширении будет наблюдаться отбор температуры из окружающей среды с ростом энергии магнитного пол катушки. При закольцовывании силовых лини на себя образуется тор с наружным магнитным потоком, набирающий энергию,  до некоторого критического состояния, в зависимости от начальных параметров. Сам еще не делал. Сделаем……!!!!!

 

Продолжим:

Когда-то я подолгу сиживал на кухне, наливал в мойку воду и часами пялился как образуется воронка и как она себя ведет, когда сливаешь воду через выпускное отверстие. Тогда я обратил внимание на такое явление. Когда образуется устойчивый вихрь, вся система начинает вращаться в сторону противоположную направлению закручивания спирали вихря. То есть: рукава закручиваются в одну сторону, а сам вихрь вращается в противоположную. Эта картинка наглядно показана на анимации. См.мой предыдущий пост. Вроде выглядит как-то против логики. Меня, когда я проводил наблюдения, это очень удивляло. Но видимо так и должно быть. Система, как бы, «зачерпывает» со стороны входа в вихрь среду, в которой она работает. Посмотрите на «запчасть» установки Шаубергера. Все наглядно. Сразу понятно в какую сторону она должна вращаться. Короче, катушку мы сообразили как намотать. И мы получим форму. Но еще, все это нужно наполнить содержанием. Если мы все это тупо подключим к источнику питания, мы получим устойчивое статическое магнитное поле, как у обычной катушки. Необходимо чтобы вся система еще и вращалась. Как это сделать. Первое что напрашивается – посадить все это на ось моторчика и крутить,  крутить, крутить… Может быть, хотя думается что это неверное решение.  Сколько  выдаст самый скоростной двигатель. Например, от гироскопа. Ну сто, ну двести об\мин. Этого явно мало. Да и вообще, механическая тема – это вчерашний день, не стоит заморачиваться. Хотя, может и стоит попробовать. Чем черт не шутит… И вот здесь нужно обратиться к теме «TPU Стивена Марка». Ребята-электронщики ( я не электронщик), которые уже годами этим занимаются давно решили проблему вращения. Все это решено, там мегагерцовые частоты.  Но результата нет!  А все почему. Неверно выбрана форма. У них тор (бублик). Но тор, да не тот. Содержание есть – формы нет. У нас есть форма – содержания нет. Надо объединить форму и содержание! Короче, нашу катушку нужно разбить на несколько катушек  - на сегменты. У ТПУ их четыре. Может нужно пять или шесть, а может достаточно трех. И подключить эти катушки к электронике ТПУ. Подключение так, чтобы направление вращения было против закручивающейся к центу спирали вектора магнитной индукции. С лицендратом заморачиваться не нужно. Съем потенциала можно осуществлять (и нужно, для торможения) с наружного магнитного потока на обычную кольцевую катушку. Как-то так….

Продолжим: Все эти рассуждения про ТПУ и вращение – хрень полная. Вихрь, если он образуется, будет вращаться самостоятельно. В крайнем случае можно всю конструкцию посадить на ось  двигателя. Да и вообще, нужно понимать, что катушка, которую я пытаюсь сформировать – это не катушка индуктивности, в понимании электронщика, а это, если хотите, устройство ( гаджет, девайс) для получения магнитного поля заданной конфигурации.  Вот здесь еще раз вернемся к важнейшим определениям, заданным в учении «Калагия»

В «Калагии» есть две очень важных фундаментальных аксиомы, необходимые для построения устойчивой энергетической структуры:

«Так при центростремительном движении энергии Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается в Центре Движения Огня. В Окружности Влияния Энергии в этом случае Материя (Пространство) разряжается, а плотность Времени нагнетается; за Окружностью Влияния Энергии Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается.»

«При центробежном движении Энергии Материя (Пространство) разряжается, а плотность Времени нагнетается в Центре Движения Огня. В Окружности Влияния Энергии в этом случае Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается; за Окружностью Влияния Энергии Материя (Пространства) разряжается, а плотность Времени нагнетается»

В  моём понимании движение заряда или электрический ток  - это Компонента Времени, а траектория силовых линий магнитного поля – это Компонента Пространства. А вот с пониманием Энергия – ТУТ ВОПРОС. Энергия – это Энергия. Не знаю, что это такое. Да и вряд ли кто знает. В Калагии говорится, что это взаимодействие нескольких составляющих. Мы пользуемся электричеством – это грубая энергия. Есть более тонкие виды. Например энергия пространственного огня, который плотно и надежно упакован в пространственно-временных микролептонах. Достать это вид энергии проблематично, если не знать как. Когда-нибудь мы будем смеяться над собой, называя себя придурками, которые не могли додуматься до святой простоты. Ну, а пока не додумались, остаемся придурками и размышляем. Ну, а что делать?. Какой выход?...

Смотрим на турбину Мозенауэра. Понимая, что это рабочая модель сверхединичного устройства. Эта турбина создает тороидальный вихрь, получающий дополнительную энергию, благодаря явлению под названием ЭМПЛОЗИЯ. Что-то типа микровзрыва, происходящего в самой узкой точке турбины. Только Взрыв этот вакуумный. Не стоит размышлять над вопросом какого уровня эта энергия. Можно башку сломать и ничего не добиться. Нужно понять, что в этой точке происходит уплотнение (концентрация) энергии. Главное правильно поймать траектории и скорости. Таким образом есть понимание, что явление ЭМПЛОЗИИ ЕСТЬ ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ!!! То есть ДВИЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ К ЦЕНТРУ. Происходит ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ.

Чтобы решить эту задачу для ПРОСТАНСТВА И ВРЕМЕНИ применим наши электромагнитные компоненты. Предлагается использовать предложенную ранее закрученную тороидальную катушку, но с траекторией закрутки как на этом рисунке. Как это сделать технически – надо придумать. Не думаю, что это сложно.

То есть, в центре все провода собираются в  катушку с продольными проводами (ВРЕМЯ РАЗРЕЖАЕТСЯ). Технологию закрутки разработать не сложно. Траектория магнитного поля имеет характер закрученного (ПРОСТРАНСТВО УПЛОТНЯЕТСЯ.) Все магнитное поле собрано центре канала торроида и максимально уплотнено. Очевидно, что окружность торроида и есть ОКРУЖНОСТЬ ВЛИЯНИЯ ЭНЕРГИИ. В  этой окружности пространственные токи уплотняются в концентрические окружности, а магнитные линии поперёк.

Если при   ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ ЭНЕРГИИ Энергия идет от окружности влияния к центру, то при ЦЕНТРОБЕЖНОМ ДВИЖЕНИИ ЭНЕРГИИ энергия идет от центра. Микровзрыв, но не вакуумный, как в первом случае, а обычный Следовательно, в соответствии с представленной здесь логикой выделение (в «Калагии» применяется термин – высвобождение) энергии должно происходить в «центре движения огня». Лично мне эта тема с высвобождением энергии более по душе, чем тема с поглощением. Траектория проводов катушки должна быть зеркально противоположной.

А насчет питания. Предполагаю, что питание должно быть импульсным. Какая частота? Пока не знаю....

 

Продолжим:

 

Вот кручу я в башке последнюю картинку и чувствую, что это не то. Тем более что из головы не выходит вот этот рисунок из «Калагии».

Я писал, что меня первый вариант с поглощением энергии не особо интересует. Почему? Потому, что торнадо поглощает энергию окружающего пространства, которая идет на раскрутку и концентрацию энергии самого торнадо. Чтобы получать энергию в промышленных масштабах, объем конструкции, вероятно, должен быть внушительным. И контролировать процесс,  чтобы он не шел в разнос не просто. Короче, эта хрень обладает большой разрушительной силой.

А вот вариант с выделение,  высвобождением, энергии пространства считаю наиболее перспективным. По моим подсчетам, кстати, цифры совпадают с расчетами В.А.Ацюковского,  в пространстве скрыто немыслимое количество энергии. Если немного отщипнем – не убудет.

Устройство, которое предлагалось мной, дуиаю, что не верное. Я просто пошел по логическому пути. Это не верно. Конструкция должна быть принципиально другая. Короче, девайс для высвобождения энергии из вакуума состоит из двух конусных катушек.

Сначала мотается бессердечниковая тороидальная катушка в виде усеченного конуса, используя только верхнее и нижнее кольцо с гребенкой для фиксации проводов обмотки. Вторая, точно такая же катушка мотается так, чтобы конуса пересекались в средине. То есть провода второй катушки мотаются сквозь провода первой. После этого закручиваем катушки в конуса так чтобы у основания конуса провода практически оставались незакрученными, а наибольшее закручивание приходилось на горлышко. У нас получится две катушки, как бы вставленными в друг друга. Причем винты закрутки этих катушек противоположные.

Направление токов по внешней поверхности и геометрия магнитного поля как на рисунке.

 

Направления всех винтов соответствует друг другу. То есть винты пространственных токов закручены так, что переходят в друг друга. Рисовать это не хочу. Если интересует, отследите это мысленно. Винты магнитного поля также закручены так, что замкнуты сами на себя. В месте пересечения конусов (кольцо пересечения) и будет происходить высвобождение энергии.   Почему это происходит. У меня такая теория. Конуса это как бы насадки брансбойта. На выходе из конуса магнитный поток увеличивает свою скоростную характеристику и  энергетику и тут же попадает во второй конус. Общая напряженность магнитного поля всей системы будет больше расчетной и , следовательно излишки энергии должны куда-то деваться. Высвобождение энергии может, например, проявляться в виде тепла или еще как-нибудь. Как это будет выглядеть на практике пока не знаю….

Было бы эффективнее закручивать не совсем конуса а вот такую конструкцию.

Продолжаем:

В эзотерике есть такое понятие – Меркаба.  Эзотерические умники рассказывают, что это звезда-тетраэдрон, состоящая из двух разновращающихся и вставленных в друг друга тетраэдров. Вот картинка:

А в «Калагии» вот такой рисунок. Тут, как видите уже четырехгранные пирамидки.

У меня, как вы понимаете, это два конуса. Но сути это не меняет.

В «Калагии»  через все учение красной нитью проходит утверждение, что в основе всех микро и макро – построений лежит бинарный принцип. Это когда целое состоит из двух взаимозначимых составляющих. Например, у нашей планеты есть двойник, как и у всех планет. У каждого человека есть двойник. Меркаба – это и есть бинарное построение. Я такие конуса воронки делал, но ничего не получалось, потому, что каждая воронка всегда мной рассматривалась как отдельный объект. Но меркаба будет работать, когда ее целостность состоит из двух взаимозависимых подобных составляющих, которые по отдельности не работают, в смысле не дают нужного результата.

А какой нам нужен результат? Необходимо претворить в жизнь вот эти два ключевых определения, данных в Калагии – две ключевые аксиомы:

«Так при центростремительном движении энергии Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается в Центре Движения Огня. В Окружности Влияния Энергии в этом случае Материя (Пространство) разряжается, а плотность Времени нагнетается; за Окружностью Влияния Энергии Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается.»

«При центробежном движении Энергии Материя (Пространство) разряжается, а плотность Времени нагнетается в Центре Движения Огня. В Окружности Влияния Энергии в этом случае Материя (Пространство) уплотняется, а плотность Времени разряжается; за Окружностью Влияния Энергии Материя (Пространства) разряжается, а плотность Времени нагнетается»

На тему двух конусов меня натолкнула идея закрутить торроидальную катушку, чтобы получить линейчатый гиперболоид. (смотрите мои предыдущие посты). Но ведь по сути – это два усеченных конуса, соединяющихся вершинами. Мы получим структуру торнадо.

Но  торнадо это не меркаба. Меркаба состоит из двух ВЗАИМОПРОНИКАЮЩИХ составляющих. В нашем случае мы используем конуса. Но не , конкретно, конуса , а конуса усеченные. Так удобнее. Мотаем катушку, назовем ее «КОНУСНО-ТОРОИДАЛЬНАЯ» и закручиваем. Одну по часовой, другую против часовой.

Хотя можно и не закручивать если усеченный конус с широким основанием, внутреннюю составляющую обмотки можно и «намотать» Вот, например, я так делал. Формовал сердечник из магнитодиэлектрика и бормашиной фрезеровал канавки для обмотки. Картинка, как делать не надо. Просто показан принцип. И еще важно верно положить траектории. Плотность и кривизна обмотки градиентная, но  как верно её проложить? Это вопрос. Можно закручивать, если например, катушка с узким основанием конуса. Короче, нужны эксы.

Кроме формы и винта закрутки еще важна траектория. Может быть два варианта. Это с уплотнением у основания:

И уплотнением у вершины:

Вершина – это, по Калагии, Центр Движения Огня. Основание – Окружность Влияния Энергии. Как выглядят схемы полей нарисовано в моих предыдущих постах. Или все можно скопом посмотреть у меня на сайте.

Совмещая различные половинки можно получить много разных ништяков. Вот, например, два усеченных конуса с широким основанием. Совмещаем. Получаем вот такую схему полей. Это одна из схем полей «летающей тарелки».

В "Калагии" есть вот такие два рисунка:

Похоже, да? Это, так сказать, "собственное транспортное средство", которое есть у каждого человека. Его меркаба. В "Калагии" в комментариях к рисункам записано, как это запускается.

Ну вот пока как-то так, что ли.....

вернуться к оглавлению

www.shamala.narod.ru

СОПЛО ЛАВАЛЯ: ПЕРСПЕКТИВЫ РАКЕТОСТРОЕНИЯ | ЗНАНИЕ

Сопло́ Лава́ля — газовый канал особого профиля, разгоняющий проходящий по нему газовый поток до сверхзвуковых скоростей. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателей /Вики/. 

Эффект ускорения газа до сверхзвуковых скоростей в сопле Лаваля был обнаружен в конце XIX в. экспериментальным образом. Позже это явление нашло теоретическое объяснение в рамках газовой динамики (например, М.А.Лаврентьев, Б.В.Шабат "Проблемы гидродинамики и их математические модели", "Наука", Москва, 1973, гл.4, параграф 17 "Задача о сопле", стр.149). 

Сопло Лаваля состоит из сужающейся части, горловины и расходящейся части: 

 

Движение газа в сужающейся части сопла происходит со скоростью, меньшей скорости звука для данного газа; в горловине оно осуществляется со скоростью звука, а в расходящейся части сопла - превосходит скорость звука (см. диаграмму, где М - число Маха, определяемое, как М=v/u , v - скорость газа, u - скорость звука в газе): 

 

Из уравнения состояния идеального газа и баланса энергии в газовом потоке выводится формула расчёта линейной скорости истечения газа из сопла Лаваля: 

 

где: ve — скорость газа на выходе из сопла, м/с, T — абсолютная температура газа на входе, R — универсальная газовая постоянная, R=8314,5 Дж/(киломоль•К), M — молярная масса газа, кг/киломоль, k — показатель адиабаты,k=cp/cv, cp — удельная теплоёмкость при постоянном давлении, Дж/(киломоль•К), cv — удельная теплоёмкость при постоянном объеме, Дж/(киломоль•К), pe — абсолютное давление газа на выходе из сопла, Па p — абсолютное давление газа на входе в сопло, Па 

Сопло Лаваля является основным элементом любого реактивного двигателя для создания реактивной тяги — силы, возникающей в результате взаимодействия двигательной установки с истекающей из сопла струёй газа, обладающего кинетической энергией. В основе возникновения реактивной тяги лежит закон сохранения импульса. 

Принцип действия ракетного двигателя основан на том, что тяга двигателя создаётся за счёт реакции газов, выбрасываемых из сопла двигателя под действием внутренних сил. К массе, состоящей из массы ракетного двигателя и массы выбрасываемых из него газов, применима теорема из теоретической механики о движении центра масс системы, согласно которой «центр масс системы движется как материальная точка, масса которой равна массе всей системы и к которой приложены внешние силы, действующие на систему». Из этой теоремы вытекает закон сохранения движения центра масс, который не изменяет своего положения при отсутствии внешних сил. Это значит, что, если элемент массы dm выходящего из камеры сгорания газа имеет относительно ракетного двигателя скорость ve, то оставшаяся масса двигателя m получает приращение скорости в обратном направлении mdve = vedm (А.В. Яскин ТЕОРИЯ УСТРОЙСТВА РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, учебное пособие). 

Следовательно, реактивная сила (тяга) R равна произведению массового расхода топлива dm/dt на скорость ve истечения продуктов его сгорания и направлена в противоположную сторону вектора этой скорости R=-vedm/dt . 

Скорость истечения продуктов сгорания (рабочего тела) определяется физико-химическими свойствами компонентов топлива и конструктивными особенностями сопла Лаваля и всего двигателя целиком. 

В газодинамике выводится формула для определения удельного импульса сопла Лаваля площадью среза сопла А, в которую, наряду с давлением газа на срезе сопла рe, входит давление окружающей среды р0: 

 

где  - секундный массовый расход газа через сопло. Из данной формулы следует, что, вследствие внешнего атмосферного давления, тяга двигателя зависит от соотношения давления окружающей среды и давления потока в выходном сечении сопла. 

Геометрия сопла играет большую роль: сопло, выполненное с недорасширением, создаёт тягу меньшую, чем расчётное сопло, а сопло с перерасширением создаёт на перерасширенном участке отрицательную составляющую тяги, величина которой вычитается из тяги, создаваемой расчётным соплом. При работе сопла с недорасширением, как показывают оценки, потери в тяге значительно больше, чем при работе сопла с перерасширением. В силу неизменности геометрии сопла, подавляющее большинство камер по мере взлета ракеты работают на нерасчётном режиме, или усредненном. Применение отбрасываемых накладок или расширяющейся части сопла с переменной геометрией частично решает данную проблему. Однако, геометрию сужающейся части сопла во время работы двигателя сложно менять. Именно в сужающейся части сопла происходит большинство нелинейных процессов, сказывающихся на величине реактивной тяги. Дело в том, что формула скорости истечения газа из сопла Лаваля получена из условия, что газ является идеальным и скорости дозвукового и сверхзвукового течений "склеиваются" непрерывно как по величине, так и по направлению. В этом случае и касательные производные на линии перехода будут непрерывными, что ведет к различным вариантам вывода о линии перехода через скорость звука в сопле. На сегодняшний день полного решения задачи о сопле не существует. Например, А.А.Никольский и Г.И.Таганов установили, что линия перехода должна бть строго выпуклой. Ф.И.Франкль и др. доказывают невозможность течений с местными сверхзвуковыми зонами без разрыва скоростей. Подобные локальные разрывы могут служить очагами возникновения турбулентных потоков. Причина данных проблем связана с тем, что скорость распространения звука в движущемся потоке высокотемпературного газа является функцией многих параметров. 

В общем смысле, под скоростью распространения звука понимают местную скорость распространения малых возмущений относительно движущегося газа в данной точке потока. В газах и жидкостях звук распространяется в виде объёмных волн сжатия - разряжения и зависит от температуры среды распространения, состава, вязкости, теплопроводности, примесей и их концентрации, внешних электромагнитных полей и т.д. В потоке вязкого газа с поперечным сдвигом, например, возникает интенсивная диссипация энергии, приводящая к скачкам скорости звука (С.С.Воронков О СКОРОСТИ ЗВУКА В ГАЗАХ): 

 

А это ведет к турбулентности, что и наблюдается в реактивных двигателях: 

 

Но, как известно, вихри могут как приносить пользу, так и причинять вред. По крайней мере, в настоящее время разработчики реактивной техники стараются подавлять (минимизировать) любые турбулентности, возникающие в сопле Лаваля. Общеизвестным является тот факт, что в трубке Ранка формируется вихрь Бенара, внутренний поток которого охлаждает воздух, что противопоказано в реактивной технике. Но: одно дело - турбулентность в газовом потоке, уносящая энергию газа, а другое дело - поток вещества, состоящий из газовых кластеров-вихрей! 

 

Некая модель квази-газа, в котором роль его составных частиц выполняют организованные и управляемые структуры, скорость распространения звука а в среде которых будет определяться параметрами непосредственно самих этих вихрей: 

 

где: р и ρ - давление и плотность кластеров-вихрей. 

Пример генерации вихрей более высокого порядка, чем атомы, приведен в публикацииГравитационный двигатель. Такой путь совершенствования ракетной техники обладает перспективой конструирования сопла Лаваля с переменными и управляемыми во время полета стенками, роль которых будет выполнять электромагнитное поле, выполняющее одновременно и другую функцию - роль ускорителя вихревого потока.

maxpark.com

Исследование сопла Лаваля

Цель работы

Выполнить численное моделирование движения воздушного потока внутри сопла Лаваля.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

· создать 3D модель сопла

· выполнить продувку сопла с помощью SW Flow Simulation

· проанализировать полученные результаты

 

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Сопло Лаваля (или сужающееся-расширяющееся сопло) представляет собой канал, суженный в середине, имеющий вид песочных часов. Служит для ускорения газового потока, проходящего через него, до скоростей выше скорости звука. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных двигателей.

Сопло было разработано в 1890 г. веке шведским изобретателем Гюставом де Лавалем.

Работа сопла основана на различных свойствах газового потока на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Скорость дозвукового потока будет увеличиваться по мере сужения канала, так как массовый расход является постоянным. Поток газа в в сопле Лаваля является изоэнтропным (энтропия газа примерно постоянна). На дозвуковых скоростях газовый поток является сжимаемым; звук (волна малого давления), будет распространяться через такой поток. Вблизи «горлышка» сопла, где площадь сечения наименьшая, локальная скорость газа становится звуковой (число Маха М =1) Как только площадь сечения сопла начинает увеличиваться, газ продолжает расширяться и газовый поток ускоряется до сверхзвуковых скоростей, где звуковая волна не проходит в обратную сторону через газ (М > 1).

Сопло Лаваля будет действовать лишь в том случае, если массовый расход через сопло достаточен, в противном случае сверхзвуковая скорость достигнута не будет. К тому же, давление газа на выходе из расширяющейся части сопла не должно быть слишком малым. Так как давление не может передаваться против сверхзвукового течения, выходное давление может быть значительно ниже давления окружающей среды в которую истекает газ, но если оно слишком мало, тогда поток перестанет быть сверхзвуковым, либо поток будет разделяться в расширяющейся части сопла, образуя нестабильный поток, который может «хлопать» в сопле, и вызвать его повреждения. На практике, давление окружающей среды должно быть не более, чем в 2,7 раза выше давления в сверхзвуковом газе, при этом условии сверхзвуковой поток сможет покинуть сопло.

Для математического описания движения газа используется уравнение состояния идеального газа и уравнение Эйлера. Из них можно вывести такое ключевое уравнение:

(1)

где величины и характеризуют относительную степень изменяемости по координате х плотности газа и его скорости соответственно. Причем уравнение (1) показывает, что соотношение между этими величинами равно квадрату числа Маха (знак минус означает противоположную направленность изменений: при возрастании скорости плотность убывает). Таким образом, на дозвуковых скоростях (М < 1) плотность меняется в меньшей степени, чем скорость, а на сверхзвуковых (M > 1) – наоборот. Как будет видно дальше, это и определяет сужающуюся-расширяющуюся форму сопла.

Поскольку массовый расход газа постоянен:

,

где A – площадь местного сечения сопла, то

.

дифференцируя обе части этого уравнения по х, получаем:

(2)

После подстановки из (1) в (2), получаем окончательно:

(3)

Из (3) видно, что при увеличении скорости газа в сопле знак выражения положителен и, следовательно, знак производной определяется знаком выражения .

Из чего можно сделать следующие выводы:

· При дозвуковойскорости газа (M < 1), производная – сопло сужается

· При сверхзвуковойскорости газа (M > 1), производная – сопло расширяется.

· При движении газа со скоростью звука (M = 1), производная – площадь поперечного сечения достигает экстремума, то есть имеет место самое узкое сечение сопла, называемое критическим.

Итак, на сужающемся, докритическом участке сопла движение газа происходит с дозвуковыми скоростями. В самом узком, критическом сечении сопла локальная скорость газа достигает звуковой. На расширяющемся, закритическом участке, газовый поток движется со сверхзвуковыми скоростями.

Иллюстрация работы сопла Лаваля. По мере движения газа по соплу, его абсолютная температура Т и давление p снижаются, а скорость V возрастает  
Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70%, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей других типов. Это объясняется тем, что рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины). В других тепловых двигателях на этой передаче имеют место значительные потери. Кроме того, газ, проходя через сопло на большой скорости, не успевает передать его стенкам заметное количество тепловой энергии, что позволяет считать процесс адиабатическим. У реальных тепловых двигателей других типов нагрев конструкции составляет существенную часть потерь. Автомобильный двигатель, например, работает больше на радиатор охлаждения, чем на выходной вал.

 

Порядок выполнения работы

1. Создание твердотельной модели сопла в SW:

Порядок создания модели сопла:

· Запустить SW

· Создать новую деталь

· Создать эскиз на плоскости «Справа»

 

· Нарисовать эскиз

Замыкаем контур двумя отрезками
Рисуем сплайном контур сопла
Рисуем ось длиной 100 мм

 

Форма сплайна задается произвольно, главное, чтобы по форме контур сплайна был похож на сопло Лаваля.

· С помощью команды «Повернутая бобышка/основание» создается модель сопла.

· С помощью команды «Оболочка» из сплошной детали создаем тонкостенную

· C помощью команды «Создание заглушек» с вкладки Flow Simulation ставим заглушки с обеих сторон сопла

 

2. Продувка сопла:

Последовательность продувки такая же, как в предыдущей работе.

Сначала с помощью мастера проекта задаются общие параметры численного эксперимента, такие как тип задачи (внутренняя), тип текучей среды (воздух, с большими числами Маха) и т.д. Большинство параметров остаются такими же, как они заданы по умолчанию.

Задаются граничные условия:

Вход: тип – «Расход/Скорость» и «Скорость на входе», величина скорости 200 м/с.

Выход: тип – «Давление» и «Давление окружающей среды».

Цели расчета можно не задавать.

Запуск расчета. Процесс расчета можно приостановить, чтобы понаблюдать за сходимостью решения.

 

3. Анализ полученных результатов:

Строятся следующие картины в сечениях:

· скорости:

 

 

· давления:

 

 

· температуры

 

 

· чисел Маха:

 

Картина давления на поверхности сопла:

Траектории потока:

 

Также средствами Flow Simulation можно построить графики, показывающие распределение какого-либо параметра вдоль оси, а потом экспортировать эти графики в MS Excel.

Предварительно строим осевую линию сопла как трехмерный эскиз . Длина осевой линии равна длине сопла, т.е. 100 мм.

График изменения скорости по длине сопла График изменения давления по длине сопла

 

График изменения температуры по длине сопла График изменения числа Маха по длине сопла

 

 

Контрольные вопросы

1. Что такое сопло Лаваля?

2. В каких устройствах сопло Лаваля нашло применение?

3. В чем принцип работы сопла?

4. Условия функционирования сопла?

5. На чем основывается математическое описание процессов, происходящих в сопле?

6. В чем физический смысл уравнений (1) и (3)?

7. Что такое докритический, критический и закритический участки?

8. Чему равен КПД сопла Лаваля?

9. Согласуются ли результаты решения с теоретическими данными? Показать на конкретных примерах.

 

Самостоятельная работа №3

Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 869 | Нарушение авторских прав

mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.038 сек.)

mybiblioteka.su

СОПЛО ЛАВАЛЯ ПРИНЦИП РАБОТЫ... Сопло Лаваля и другое оборудование от ГК «Арсенал»

Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. В современных турбореактивных двигателях применяются регулируемые сопла Лаваля.

Эффективные сопла современных ракетных двигателей профилируются на основании газодинамических расчётов. Ракета Поморцева приводилась в движение сжатым воздухом, что существенно ограничивало её дальность, но делало бесшумной. Чем больше степень расширения сопла, тем меньше давление pe{\displaystyle \,p_{e}}, и тем больше скорость истечения газа ve{\displaystyle \,v_{e}}.

Иллюстрация работы радиусо-конического сопла на режиме перерасширения. В пустоте (при po=0{\displaystyle \,p_{o}=0}) полностью избежать недорасширения невозможно. Принцип действия сопла основан на непрерывном увеличении скорости жидкости или газа в направлении течения от входного до выходного сечения. В простейшем случае такое сопло может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами.

В ракете Поморцева было применено два интересных конструктивных решения: в двигателе имелось сопло Лаваля, а с корпусом был связан кольцевой стабилизатор. Таким образом, на дозвуковых скоростях плотность меняется в меньшей степени, чем скорость, а на сверхзвуковых — наоборот. При движении газа со скоростью звука, производная — площадь поперечного сечения достигает экстремума, то есть имеет место самое узкое сечение сопла, называемое критическим.

Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. В других тепловых двигателях на этой передаче имеют место значительные потери. Кроме того, газ, проходя через сопло на значительной скорости, не успевает передать его стенкам заметное количество своей тепловой энергии, что позволяет считать процесс адиабатическим.

Смотреть что такое «Сопло Лаваля» в других словарях:

При возникновении сверхзвукового течения давление газа на выходном срезе сопла может оказаться даже меньше давления окружающей среды (вследствие перерасширения газа при движении по соплу). Из выражения (5) следует, что удельный импульс и, соответственно, тяга ракетного двигателя в пустоте (при ) всегда выше, чем в атмосфере. Уменьшение степени расширения сопла (несмотря на уменьшение скорости истечения газа) приведёт к увеличению удельного импульса.

1 — собственно сопло Лаваля; 2 — сопловой насадок; А — положение насадка при работе в нижних, наиболее плотных, слоях атмосферы; В — положение насадка на большой высоте. Вышесказанное объясняет то обстоятельство, что ракетные двигатели, работающие в плотных слоях атмосферы, как правило, имеют степень расширения меньшую, чем двигатели, работающие в пустоте.

Этот же механизм позволяет по команде пилота изменять в некоторых пределах и направление реактивной струи, а следовательно, направление вектора тяги, что существенно повышает маневренность самолёта.

На расширяющемся, закритическом участке, газовый поток движется со сверхзвуковыми скоростями. При этом, как следует из уравнения (5), удельный импульс становится численно равным скорости истечения газа ve{\displaystyle \,v_{e}}. Для обеспечения течения жидкости (газа) необходим перепад давления с превышением его на входном сечении. Газовый поток является изоэнтропным (то есть имеет постоянную энтропию, силы трения и диссипативные потери не учитываются) и адиабатическим (то есть теплота не подводится и не отводится).

В самом узком, критическом сечении сопла локальная скорость газа достигает звуковой. Итак, на сужающемся, докритическом участке сопла движение газа происходит с дозвуковыми скоростями. Регулирование степени расширения сопла с насадком. СОПЛО — специально спрофилированный закрытый канал, предназначенный для разгона жидкостей или газов до заданной скорости и придания потоку заданного направления.

mariantas.ru

Принцип работы сопло Лаваля?

Сопло Лаваля (или сужающееся-расширяющееся сопло) представляет собой канал, суженный в середине, имеющий вид песочных часов. Служит для для ускорения газового потока проходящего через него до скоростей выше скорости звука. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных двигателей. Сопло было разработано в XIX веке шведским изобретателем Гюставом де Лавалем. Работа сопла основана на различных свойствах газового потока на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Скорость дозвукового потока будет увеличиваться по мере сужения канала, так как массовый расход является постоянным. Поток газа в в сопле Лаваля является изоэнтропным (энтропия газа приблизительно константа) . На дозвуковых скоростях газовый поток является сжимаемым; звук, волна малого давления, будет распространяться через такой поток. Вблизи «горлышка» сопла, где площадь сечения является наименьшей, локальная скорость газа становится звуковой (число Маха равно единице) Как только площадь сечения сопла начинает увеличиваться, газ продолжеает расширяться и газовый поток ускоряется до сверхзвуковых скоростей, где звуковая волна не проходит в обратную сторону через газ (число Маха больше единицы) . Сопло Лаваля, имеющее на входе горячий газ при давлении 6,9 МПа (или 68 атмосфер) , температуру в 1470 К, будет иметь давление в горловине 3,7 МПа (37 атмосфер) при температуре 1269 К, и давление 0,1 МПа с температурой в 502 К на выходе из сопла. Степень расширения — отношение выходного сечения к критическому (горловина) , будет 6,8. Удельный импульс будет 1480 Н*с/кг. Данный принцип был использован в ракетном двигателе Робертом Годдардом (Robert Goddard). Реализация (Walter Thiel)а была использована в ракете Фау-2. [Условия для функционирования Сопло Лаваля будет действовать лишь в том случае, если массовый расход через сопло достаточен, в противном случае сверхзвуковая скорость достигнута не будет. К тому же, давление газа на выходе из расширяющейся части сопла не должно быть слишком малым. Так как давление не может передаваться против сверхзвукового течения, выходное давление может быть значительно ниже давления окружающей среды в которую истекает газ, но если оно слишком мало, тогда поток перестанет быть сверхзвуковым, либо поток будет разделяться в расширяющейся части сопла, образуя нестабильный поток, который может «хлопать» в сопле, и вызвать его повреждения. На практике, давление окружающей среды должно быть не более, чем в 2,7 раза выше давления в сверхзвуковом газе, при этом условии сверхзвуковой поток сможет покинуть сопло. Анализ потока газа в соплах Лаваля Для анализа ракетного двигателя, на газовый поток проходящий через сопла Лаваля накладываются некоторые условия: Для упрощения, сжигаемый газ принимается идеальным. Газовый поток является изоэнтропным (то есть имеет постоянную энтропию) . Как результат процесс получается обратимым (без учета сил трения и диссипативных потерь) и адиабатным (то есть теплота не подводится и не отводится) . Газовое течение является постоянным (то есть установившимся) , во время всего периода сгорания ракетного топлива. Газовые поток является прямой линией начиная со входа газа до его истечения (то есть вдоль оси симметрии сопла) . Газовый поток является сжимаемым начиная с течений на очень высоких скоростях.

science.ques.ru