Разработка метода и технология напыления износостойких покрытий на наружную коническую поверхность кольца блокирующего синхронизатора ВАЗ 2123
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
стично компенсирует рост скорости, и поэтому сужать сечение канала нужно уже не так быстро. Наконец, процесс проходит через такую стадию, когда плотность расширяющегося газа уменьшается обратно пропорционально скорости. Как известно, в этом сечении канала скорость потока равна скорости звука. Дальнейшее увеличение скорости сопровождается еще более быстрым падением плотности, вследствие чего, как это следует из уравнения неразрывности, сечение сопла должно увеличиться.
Таким образом, сверхзвуковое сопло, предназначенное для получения сверхзвукового потока, должно состоять из сужающейся (дозвуковой) и расширяющейся (сверхзвуковой) частей (рис.2.12). В самом узком сечении сверхзвукового сопла (критическом сечении) скорость потока равна звуковой.
Теоретический расчет газовых горелок является весьма сложным, так как связан с комплексными расчетами процессов смещения, горения и теплоотдачи, которые должны обеспечивать не только высокую энтропию сжигания газового топлива, но и минимально возможную концентрацию вредных компонентов продуктов сгорания. Так как такой методики еще не существует, то при расчете горелок приходится пользоваться рядом приближенных данных, полученных из практики или отдельных экспериментов.
Рис.2.12. Сопло Лаваля
Рис.2.13. Зависимость безразмерной площади сопла Лаваля от числа М (к=1,4)
Однако w=аМ и Мкр=1, поэтому
(2.11)
Но известно:
(2.12)
(2.13)
Следовательно:
(2.14)
(2.15)
Отсюда следует:
(2.16)
Для воздуха к=1,4, поэтому имеем:
(2.17)
Из этих формул видно, что безразмерное значение площади сечение сопла является функцией только числа М. Где М-число маха = 330 м/сек.
Если задается конфигурация сверхзвукового сопла, то можно указать, какое число М получается в любом сечении. Каждому значению числа М соответствует определенная величина отношения F/Fкр. Кривая F/Fкр = f(M), построенная по формуле (2.17), приведена на рис.2.13. При этом, как видно из кривой, уравнение (2.17), и значит уравнение (2.11), имеет два решения; одному и тому же F/Fкр отвечают два значения числа М: одно при дозвуковой скорости и другое при сверхзвуковой скорости. Для входной части сопла, предшествующей критическому сечению, годны все дозвуковые решения, а для выходной части - все сверхзвуковые. Однозначное решение получается только в критическом сечении (F/Fкр=1).
Давление и плотность газа при идеальном процессе зависят однозначно от числа М. Отсюда следует, что, выбрав произвольное сечение, мы получим в этом сечении определенное значение числа М, которому соответствует определенные значения температуры, давления и плотности газа (с точностью до влияния пограничного слоя).
Величина скорости в данном сечении сверхзвукового сопла зависит только от температуры торможения Т*. Изменение полного давления ?* на скорость не влияет, так как пропорционально ему изменяется и местное давление ?, а их отношение остается неизменным, также остается неизменным и отношение температур:
(2.18)
Для получения на срезе сверхзвукового сопла, определенного значения числа М необходимо соответствующим образом подобрать площадь сечения, кроме того, надо иметь достаточный запас давления в камере перед соплом. Другими словами, для достижения требуемого числа М на срезе сопла давление в камере должно в известное число раз превосходить давление окружающей среды.
Предположим, что давление в камере ?* возросло, тогда на срезе сопла давление также увеличивается и газ истекает с избыточным давлением. Где-то за срезом сопла давление уравняется с атмосферным, избыток давления израсходуется в струе на увеличение скорости, а так как для сверхзвукового потока увеличение скорости требует увеличения поперечного сечения струи, то струя как бы образует в пространстве расширяющееся сверхзвуковое сопло. Если же давление в камере по какой-либо причине понизится, то на срезе произойдет понижение давления, причем давление в некоторых случаях может получиться ниже атмосферного; скорость истечения при этом не изменится, так как она является функцией только отношения площадей выходного и критического сечений сопла. Изменение давления в атмосфере не сказывается на истечении из сопла, так как волна давления, распространяющаяся со скоростью звука, сносится сверхзвуковым газовым потоком.
По выходу газовой струи из сопла, давление в ней, в конце концов, должно сравняться с атмосферным, т. е. повыситься за счет торможения сверхзвукового потока.
Таким образом, давление на срезе данного сверхзвукового сопла не связано с давлением атмосферы, а зависит только от давления в камере и формы сопла.
Поскольку разработанное сопло газопламенной горелки состоит из двух сопл Лаваля: внутреннего и внешнего, причем внутреннее сопло выстраивается как полое сопло, то внешнее представляет собой сверхзвуковое сопло iентральным телом (рис.2.14).
Рис.2.14. Схема сопла с внешним расширением
Оно используется для обжатия рабочей струи высокоскоростным потоком воздуха, фокусируя "пятно нагрева" для локальности тепловложения и предотвращения перегрева основного металла; для ускорения рабочей струи, выравнивая периферийной скорости со скоростью факела по сечению потоков; для охлаждения воздушным высокоскоростным потоком сопла газопламенной горелки. В таком сопле газ течет по кольцевому каналу (между центральным тело