Как проще всего изготовить сопло Лаваля

[druggist]

(Оффтоп)

Прошу прощения за офф-топик, но меня давно интересует вопрос, связанный с соплом Лаваля. Сопло Л., вернее сужающаяся его часть давным давно используется в высоковакуумных паромаслянных и парортутных насосах(для создания вакуума порядка $10^_ -11$ мм рт ст). Образующаяся с помощью сопла л. струя пара как объясняется в книжках интенсивно захватывает остаточный газ. Далее на пути струи устанавливается охлаждаемый проточной водой экран, где пар с захваченным остаточным газом конденсируется и стекает вниз по стенкам. Мне не очень понятен вот этот самый эффект захвата газа струей, что происходит? Попадая в струю, молекулы остаточного газа теряют хотическую составляющую и движутся направленно вместе с молекулами пара и поэтому не могут выбраться из струи? Или есть какое-то более продвинутое объяснение?

[Батороев]

(Оффтоп)

druggist, посмотрите по ссылке.

[Eiktyrnir]

Парджеттер писал(а):

А как Вы себе это представляете? Вы представляете себе, что такое один кубометр воды? Это 1000 литров. Это даже не большой аквариум. А расход типа кубометров в секунду через сечение площадью ~$10 \text{см}^2$?

(Оффтоп)

:oops: Глупость моя... несусветная...

Кстати сегодня общался еще с одним физиком лично - он подтвердил, что стенки должны быть идеально гладкими - обязательно без всяческих там "зазубрин" и "заусенцев" тем более... Патрубки для микрофона (который по идее должен детектировать обратные фононы) и для манометров и пр. - должны быть выполнены тоже очень аккуратно - так как это "лишние вещи", которые могут создавать ненужную деформацию течения именно у пристеночного слоя. Насчет скорости прокачки воды и расхода - он пока затруднился, что либо сказать, но посоветовал материал для сопла. И еще он добавил, что подобные гидродинамические сопла уже есть готовые причем с видоизменяющейся геометрией. Здесь я пас - помимо того что еще и геометрию менять - должны быть всяческие подвижные механизмы, а это уже усложняет работу над созданием подобного механизма. Думаю для начала поступить просто.

Подводя итог всему сказанному, пойду от теории к практике...

1. Теоретический расчет - критического сечения, диаметра входного и выходного сопел, расстояний до запорной задвижки (и вообще нужна ли она?!), до нагнетательного насоса (расчет его мощности), подбор среды (вода или что другое - согласно здравым расчетам), скорости нагнетания рабочей среды (пусть будет так), толщины стенок сопла, его геометрии и по возможности прочности (стойкости с учетом тех самых страшных кавитаций и пр. которые имеют место быть) для конкретного материала (тщательный подбор материала). Геометрии самого устройства, а также (!) всех финансовых затрат...
2. Расчет 3-х мерной модели в Автокаде и сделать развертку - т.е. как ее собственно говоря кроить и делать.
3. Закупка всего необходимого и сборка (изготовление).
4. Тестовые эксперименты - получение устойчивых и предсказуемых результатов постепенно и достижения в конечном итоге "рабочего" движения среды при котором достигается $M>1$.
5. При получении 4, попытки фиксировать именно обратные фононы, которые должны появляться за счет квантовых эффектов на определенной границе - фактически осуществление мечты - создание гидродинамического аналога ЧД.
6. Анализ полученных результатов.
7. Попробывать повозится с изменяющейся геометрией (сбор другой второй установки и получения результатов на ней).

Уважаемые Шимпанзе, Munin, epros, Парджеттер, Утундрий и другие - ОГРОМНОЕ ВАМ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЕ СПАСИБО!!! Ваше обсуждение очень важно для меня. Даже не знаю что сказать - правда, искренне спасибо.

[alien308]

Это же страшно представить сверхзвук на воде, ракетоторпеды отдыхают. Мощность нагнетателя оцените. В этих условиях такое нарушение сплошности будет, что кавитацией называть неудобно. Грохот такой - никаких тонких эффектов не обнаружите. Может эффект можно смоделировать на поверхностных волнах в лотке переменной ширины, может если надо и глубины. Тихо, благостно и малозатратно.
А на такие параметры с водой выходить это импульсно-взрывные технологии.

[Munin]

Eiktyrnir в сообщении #368045 писал(а):

толщины стенок сопла, его геометрии и по возможности прочности (стойкости с учетом тех самых страшных кавитаций и пр. которые имеют место быть)

Я тут к слову добавлю. Кроме кавитации "в рабочем режиме", вы должны бояться ещё всяких развивающихся неустойчивостей, уводящих поток от рабочего режима, и долбающих по конструкции или в резонансе с ней, и тоже их рассчитать, хотя бы на прочность, а не только стенки полировать. В аэродинамике при подходе к скорости звука это называется флаттером.

[Eiktyrnir]

Munin в сообщении #370435 писал(а):

Eiktyrnir в сообщении #368045 писал(а):

толщины стенок сопла, его геометрии и по возможности прочности (стойкости с учетом тех самых страшных кавитаций и пр. которые имеют место быть)

Я тут к слову добавлю. Кроме кавитации "в рабочем режиме", вы должны бояться ещё всяких развивающихся неустойчивостей, уводящих поток от рабочего режима, и долбающих по конструкции или в резонансе с ней, и тоже их рассчитать, хотя бы на прочность, а не только стенки полировать. В аэродинамике при подходе к скорости звука это называется флаттером.

Обязательно это учту. Спасибо товарищь Munin!

[ckona]

Уважаемый Eiktyrnir !
Случайно просмотрев тему, не удержался от ответа.
Насколько я понял, Вы рассчитываете ускорить движение потока несжимаемой воды с помощью сопла Лаваля.
К сожалению, после критического сечения (самого узкого места), скорость воды расти не будет - она вытечет узкой струей.
Сопло Лаваля "работает" только для газовых потоков, газы могут изменять свою плотность.
Скорость звука в газах зависит от их плотности, в критическом сечении скорость звука в газе ВСЕГДА равна скорости движения газа.
В расширяющейся части сопла газ расширяется, а скорость потока растет, в выходном сечении превышая скорость звука "за бортом" - в наружной среде (если это не вакуум, разумеется).
Вода расширяться НЕ МОЖЕТ. Пойдет узкой струей.
Забудьте о расширяющейся части.

Самое "правильное" водяное сопло - пожарный брандспойт, т.е. конус 1:5. Так получаются минимальные гидравлические потери.

Поскольку я делаю и запускаю настоящие водяные ракеты, то в водоиспусканиях немного разбираюсь.
Скорость потока жидкости из отверстия равна квадратному корню от удвоенного давления, разделенного на плотность жидкости.

[alien308]

При скорости в несколько Махов вода из-за потерь на трение закипит и превратится в парогазовую смесь. По крайней мере сплошность среды точно нарушится. А разогнать можно будет разве что детонационным методом. Так что начинать с взрывной камеры :) Маниловщина это.

При скоростях в несколько M вода несколько сжимается :)

[Eiktyrnir]

ckona писал(а):

Уважаемый Eiktyrnir !
Случайно просмотрев тему, не удержался от ответа.
Насколько я понял, Вы рассчитываете ускорить движение потока несжимаемой воды с помощью сопла Лаваля.
К сожалению, после критического сечения (самого узкого места), скорость воды расти не будет - она вытечет узкой струей.
Сопло Лаваля "работает" только для газовых потоков, газы могут изменять свою плотность.
Скорость звука в газах зависит от их плотности, в критическом сечении скорость звука в газе ВСЕГДА равна скорости движения газа.
В расширяющейся части сопла газ расширяется, а скорость потока растет, в выходном сечении превышая скорость звука "за бортом" - в наружной среде (если это не вакуум, разумеется).
Вода расширяться НЕ МОЖЕТ. Пойдет узкой струей.
Забудьте о расширяющейся части.

Самое "правильное" водяное сопло - пожарный брандспойт, т.е. конус 1:5. Так получаются минимальные гидравлические потери.

Поскольку я делаю и запускаю настоящие водяные ракеты, то в водоиспусканиях немного разбираюсь.
Скорость потока жидкости из отверстия равна квадратному корню от удвоенного давления, разделенного на плотность жидкости.

Да? Я честно говоря так и понял из обсуждения, что сложности в конструировании будут. Вот даже на этапе расчета проекта "сопла Лаваля" остаются трудности при учете различных "опасных" эффектов (кавитации, турбулентности и пр.). Дело все в том, что в нуль-приближении можно попытаться добиться за счет сужения (или так скажем правильного сужения под определенным углом) и минимального диаметра малой трубы, а также за счет большой скорости течения и за счет этих параметров сопла и скорости прокачки потока воды тем самым добиться того, чего я хочу (скорости течения воды в узкой части сопла Лаваля больше скорости звука в воде $M>1$).
Но некоторые эффекты становятся существенными при больших скоростях течения жидкости и соответственно при различной геометрии задачи (т.е. не цилиндр так скажем, а 2 цилиндар и между ними усеченный конус и прочая...) и не учитывать возможность их возникновения (и соответственно как бы их можно было бы скомпенсировать тоже). Над этим я думаю сейчас.
Про ракеты конечно же очень интересно вы говорите.

[dexp_29]

Eiktyrnir

Вам нужно не сопло Лаваля, а трубка Вентури! Она имеет то же назначение что и сопло Лаваля, но только для жид-ти! И если я правильно понял вам нужна М>1 для жид-ти ? Вы должны будете определить какая именно вам нужна жид-ть, а если вода то вам нужно будет рассчитать сопротивления жид-ти на стенки трубопровода!

[Eiktyrnir]

dexp_29 в сообщении #1128333 писал(а):

Eiktyrnir

Вам нужно не сопло Лаваля, а трубка Вентури! Она имеет то же назначение что и сопло Лаваля, но только для жид-ти! И если я правильно понял вам нужна М>1 для жид-ти ? Вы должны будете определить какая именно вам нужна жид-ть, а если вода то вам нужно будет рассчитать сопротивления жид-ти на стенки трубопровода!

Да я понял! Вот буду пробывать моделировать сначала на специально разработанном для этого софте. Там правда газовые среды...
http://chemphys.edu.ru/media/published/02.pdf

[Z.S.]

Eiktyrnir
Может быть я вам сейчас ерунду скажу, но вам обязательно нужно, чтобы вокруг движущейся струи жидкости были жесткие стенки? Допустим, диаметр струи несколько миллиметров. Подойдет ли вам такая система, когда по ходу движения струи установлена система газовых сопел ( форма сопла - круговая щель вокруг кругового сечения жидкости)). Т.е. газ движется 1600-1700 м/с снаружи, а внутри - струя жидкости. Газ поддерживает форму и скорость жидкости на заданном участке. В нужных точках у вас будут зонды, а может как нибудь неконтактно. 1600-1700 м/с для газа можно обеспечить. Установка тогда вертикальная будет, как фонтан . Такое вот дурацкое предложение. Для воды скорость звука где-то 1500 м/с примерно (вы же хотите водяную скорость звука превысить?). С жесткими стенками кажется все сложно очень. Как там чего-то померять еще...

Вот что еще интересно: в жидком гелии, -269 по цельсию, скорость звука около 200 м/с.

Вот здесь http://serge77.rocketworkshop.net/propep/propep.htm есть бесплатная программка, для расчета параметров сопла, температур и т.п. - может вам и пригодится.

[ppk]

Есть такая книга Некрасов Б.Б. «Гидравлика и ее применение на летательных аппаратах», год издания 1967.
В ней на стр.159 – 160 приведены примеры конструкции диффузорного насадка, состоящие из сопла и диффузора. Также говориться, что данная конструкция применяется редко, из-за возникновения кавитации в узком сечении.
Там же (на странице 160) приведена формула для расчета теоретической скорости истечения жидкости в зависимости от перепада давлений и удельного веса жидкости. http://s019.radikal.ru/i640/1607/ae/f795a4448d0b.jpg
Так вот, по этой формуле, (если пренебречь влиянием давления на удельный вес и влиянием плотности жидкости на скорость звука) для достижения скорости звука в воде 1450 м/с, необходимо создать перепад давлений около 10500 ат. Так что «эпоксидка» понадобиться очень хорошая.


ПМСМ проще использовать кумулятивный эффект. С ним можно получить скорость струи 2 – 8 км/с. С технической точки зрения, гораздо проще выстрелить из чего-то типа РПГ-7 по емкости с водой, чем найти подходящие материалы и конструкцию.

[Eiktyrnir]

Z.S. писал(а):

...

ppk писал(а):

...

Спасибо огромное - это очень важные дополнительные сведения!

[nrav]

Здравствуйте всем! Впервые на каком либо форуме. Изготовил сопло $L=13\text{мм}$. и $D=10\text{мм}$.(медь), входной $D=8\text{мм}$. проходной $D=0.45\text{мм}$.- 1мм. и выходное $D=9\text{мм}$. Инструмент(эл.дрель,болгарка,сверла,тески,струбцины 2шт. надфили,очки для ювелирки. Зафиксировал струбцинами,на столе эл.дрель. Согнул из тугой проволоки скобу(фиксатор кнопки дрели). Зажал заготовку,обрезал,в движении,болгаркой необходимую длину. Накернил заготовку с торов. И заточенными сверлами по форме необходимого входа и выхода (конусоовальной формы, на конце,с острием для перехода в самом узком месте). Стал сверлить заготовку, зажатую в тесках, с обоих торцов поочередно пока почти не сошелся концами острия сверел. Оставшуюся перегородочку пробил иголкой( развальцовывая с обоих сторон до необходимого диаметра). Пока не отпалировывал. Думаю можно деревяшкой(придав ей форму конусов). Нанося на нее палировальную пасту или пасту Гойя.