Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Лит.: Вор H., Три статьи о спектрах и строении атомов, пер. с нем., М.-»- П., 1923. Cm. также лит. при от. Квантовая механика. О. И. Завьялов.
СООТНОШЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ — см. Неопределенностей соотношения.
СОПЛО — каиал (труба) переменного по длине поперечного сечения, предназначенный для разгона жидкостей илн газов до заданной скорости и придания потоку заданного направления. Служит также устройством для получения газовых и жидкостных струй. Поперечное сечеиие С. может быть прямоугольным (плоские С.), круглым (осесимметричные С.), иметь форму кольца (кольцевые С., С. с центр, телом) или произвольную форму, в т. ч. форму эллипса или многоугольника (пространственные С.).
С. широко используются в технике: в паровых,, водяных и газовых турбинах, в ракетных и воздушно-реактивных двигателях, в газодинамических лазерах, в магннтогидродииамич. установках, в аэродина¦* мических трубах и на газодииамич. стендах, прн соз--данни молекулярных пучков, в хим. технологии, в струйных аппаратах, в процессах дутья и др.
В С. происходят непрерывное увеличение скорости
V жидкостн илн газа в направлении течения — от начального (обычно малого) значення V0 во входном сечении С. до иаиб. скорости ve на выходе С. При движении по С. виутр. энергия рабочего тела преобразуется в кинетич. энергию вытекающей струи, сила реакции к-рой, направленная противоположно скорости истечения, иаз. тягой. В силу закона сохранения энергии одновременно с ростом скорости в С. происходит непрерывное падение давления и темп-ры от нх нач. значений Po, Tn во входном сечении С. до ианм. значений ptt Tc в выходном. Т. о., для реализации течения в С. необходим неи-рый перепад давления, т. е. выполнение условия Pa >рс.
Если считать движение жидкости или газа по С. изоэнтропийным (см. Изоэнтропийный процесс) н стационарным и рассматривать средние по поперечному сечеиню S зиачения давления р, скорости v, плотности р и скорости звука с (одномерное приближение), то из Эйлера ур-ния
vdv/dx=—p~ldpldx (1)
(х — координата вдоль сопла), неразрывности уравнения pvS = const н выражения скорости звука с* —
= dp/dр получаем ур-ние
(V2—c2)dv/V=C^dS/S. (2)
Из него видно, что при V < с (дозвуиовое течение по С.) знак dv противоположен знаку dS, т. е. для того, чтобы скорость течения по С. росла (dv > 0), площадь сечения с ростом х должна уменьшаться (dS < 0), а прн v > с (сверхзвуковое течение по С.) знаки dv и dS одинаковы, т. е. для получения роста скорости (dv > 0) необходимо увеличивать н плошадь S вдоль С. (dS > 0). Физически это связано с тем, что прн сверхзвуковой скорости течения газов из-за влияния сжимаемости плотность газа падает быстрее, чем растёт скорость вдоль С., ив силу ур-ния неразрывности для компенсации быстрого падения плотности необходимо увеличивать
площадь S. Если v — с, то dS = 0 и ф-ция ?(а:) приии- 59?
сопло
СОПРОТИВЛЕНИЕ
мает экстремальное (минимальное) значение. Т. о., дозвуковое С. имеет сужающуюся форму (рис. 1).
Наиб, скорость, к-рую можио получить в сужающемся С., равиа скорости авука и достигается в его выходном (наиб, узком) сечеиии. Сверхзвуковое С., называемое также соплом Лаваля по имени его изобретателя — швед, инженера К. Г. П. де Лаваля (К. G. P. de Laval), имеет вначале сужающуюся, а затем расширяющуюся форму (рис. 2). Давление рс в выходном
-4?---
о >а
Ряс. 1. Схема дозвукового сопла.
Рис. 2. Схема сверхзвукового сопла.
сечении дозвукового С. всегда равно давлению ра в окружающей среде, куда происходит истечение из С. (Рс — Pa)- При возрастании р0 и неизменном ра сиорость vc в выходном сечении дозвукового С. сначала увеличивается, а после того как р0 достигнет нек-рой определ. величины, vc становится постоянной и при дальнейшем увеличении Po ие изменяется. Такое явление иаз. кризисом течениявС. После наступления кризиса ср. скорость истечения из дозвукового С. равна местной скорости звука (v — с) и иаз. критической скоростью. В этом случае все параметры газа в выходном сечении С. также иаз. критическими, а С. иаз. звуковым.
В сверхзвуковом С. критическим наз. его иаиб. узкое сечение. Кривая линия, на к-рой реализуется переход от дозвуковой к сверхзвуковой скорости течения (линия v=c), расположена в области мин. сечения С., поэтому ср. скорость в критич. сечеиии всегда близка к скорости звука. Относит, скорость ve/c = Mc и давление рс/р0 в выходном сечеиии сверхзвукового С. зависят тольио от отношения площади выходного сечения Sc к площади критич. сечеиия и ие зависят в широких пределах от изменения относит, давления P0/Pa- Давление в выходном сечейин сверхавукового С. может быть равно давлению в окружающей среде (рс = р0); такой режим течения в С. наз. расчётным, в противном случае — нерасчётным. Нерасчётные режимы характеризуются образованием волн разрежения вие С. в случае рс > ра или ударных волн вие или внутри С. в случае рс < р0. Когда поток проходит через систему волн разрежения или ударных воли, давление становится равным ра.
В более общем случае неизоэитропийиого и иеа-диабатич. течения в С. ур-ние типа (2) включает члены, учитывающие трение, подвод или отвод теплоты, массы и механич. работы к рабочему телу. С учётом этих воздействий переход скорости течения через скорость звука может происходить ие только в геометрическом — сначала сужающемся, а затем расширяющемся С., ио и при изменении знака воздействия иа поток в канале пост, сечення. Так, дозвуковой поток в таком канале ускоряется при подводе теплоты (тепловое С.), массы (р а с х о д и о е С.), совершении газом ме-хапич. работы (механическое С.), а сверхзвуковой — при изменении знака этих воздействий иа обратный. Под влиянием одностороннего воздействия величину скорости газового потока можно довести только до критической (до скорости звука), ио нельзя перевести через неё.
