Комбинированное сопло Лаваля

Для большего увеличения скорости истечения выше критической применяют комбинированное сопло Лаваля, названное по имени шведского инженера, впервые его предложившего. Схема сопла представлена на рис.3.4. Его суживающаяся часть работает как дозвуковое сопло, а расширяющаяся - как сверхзвуковое. В наименьшем сечении скорость равна местной скорости звука. При правильном выборе выходного сечения давление газа в нем равно

Рис.3.4. Комбинированное сопло Лаваля

давлению окружающей среды. Такой режим называется расчетным. Максимальный расход через сопло Лаваля остается таким же, как и в суживающемся сопле, увеличивается только скорость газа. Скорость в горловине сопла определяется по уже известному уравнению для критической скорости

Скорость в выходном сечении сопла вычисляется из приведенного ранее выражения при полном расширении газа до давления окружающей среды p₂.

Если полагать, что расширение газа в сопле является адиабатным, то параметры (температура, давление, скорость, плотность) в любом промежуточном сечении можно определить используя известные зависимости для адиабатного процесса.

Постепенное расширение газа в раструбе сопла Лаваля происходит лишь при условии, что угол его раскрытия a не превышает 12-14⁰ для конического сопла. При больших значениях угла a струи отрываются от стенок сопла и в нем образуются вихри как и при отсутствии раструба. При соотношении давлений b > b_кр в наименьшем сечении сопла скорость газа будет меньше скорости звука и расширяющаяся часть будет работать как диффузор.

Сопла Лаваля широко используются для достижения сверхзвуковых скоростей движения газа или пара в турбинах, реактивных и ракетных двигателях, аэродинамических трубах. Следует подчеркнуть, что сопло Лаваля будет выполнять роль диффузора в том случае, когда скорость перед ним больше скорости звука («обратное» сопло Лаваля). Такие сопла применяются значительно реже, чем традиционные.