Какую максимальную скорость газов можно получить в сопле?

[Munin]

В холодильнике фазовый переход происходит за счёт понижения давления.

[Theoristos]

Munin в сообщении #592789 писал(а):

А дальше, чем длиннее сопло Лаваля, тем большее число Маха можно получить.

Маха-то да :) , но тепловая энергия газа - ограничена.

Dobriydimka: в принципе в Гидродинамике Ландау-Лифшица всё довольно подробно расписано. Разве что выход струи в атмосферу может поставить некоторые вопросы.

[Munin]

Theoristos в сообщении #593024 писал(а):

Разве что выход струи в атмосферу может поставить некоторые вопросы.

А там будет ударная волна на границе сверхзвукового течения. Ударных волн в Ландау-Лифшице не расписано?

[Dobriydimka]

Theoristos Но тут движение газов, а не жидкостей. Наверное гидродинамика не подойдёт.

-- 07.07.2012, 17:37 --

Munin в сообщении #592984 писал(а):

В холодильнике фазовый переход происходит за счёт понижения давления.

В том-то и дело. При испарении и конденсации вещества поглощается и выделяется гораздо больше тепла чем при расширении и сжатии. А в баллоне как раз идёт процесс расширения.

Собственно ключевая проблема заключается в следующем вопросе.
Сжимая газ компрессором мы увеличиваем его давление и температуру, если затем выпустить часть этого сжатого газа через сопло лаваля (с максимально возможной скоростью) получим ли мы температуру баллона и оставшегося газа в нем ниже, чем перед сжатием?

[Munin]

Dobriydimka в сообщении #593107 писал(а):

Theoristos Но тут движение газов, а не жидкостей. Наверное гидродинамика не подойдёт.

Словом "гидродинамика" обозначают и то, и другое. Собственно, жидкость от газа отличается только сжимаемостью, и когда ей не пренебрегают - уравнения те же самые.

[rudoms]

Возвращаясь к первому посту.

Насколько я помню из курса газовой динамики, скорость истечения газа из сопла Лаваля зависит только от температуры газа на входе в сопло и от отношения давлений газа на входе в сопло и выходе (на срезе сопла). Разумеется и от вида газа.

Таким образом, не зная площади среза сопла Лаваля не вижу как и можно определить скорость.

(Оффтоп)

Кстати, истечение газа из сопла Лаваля мне как раз и попалость на экзамене по газовой динамике)))

[Theoristos]

Munin в сообщении #593064 писал(а):

А там будет ударная волна на границе сверхзвукового течения. Ударных волн в Ландау-Лифшице не расписано?

Угу. Там есть более тонкие тонкости, вроде точного положения границы отрыва от стенок или расширения свободной сверхзвуковой струи в неподвижном воздухе. Но они нечасто кому важны.

Dobriydimka в сообщении #593107 писал(а):

Theoristos Но тут движение газов, а не жидкостей. Наверное гидродинамика не подойдёт.

Там включая и сжимаемую жидкость, Munin уже объяснил. Ударным волнам и сверхзвуковым течениям в соплах отдельная глава отведена.

[Munin]

Theoristos в сообщении #593492 писал(а):

Там есть более тонкие тонкости, вроде точного положения границы отрыва от стенок или расширения свободной сверхзвуковой струи в неподвижном воздухе. Но они нечасто кому важны.

Если граница оторвётся не там, получится, что площадь среза сопла эффективно меньше. Так что это как раз интересный момент. Положение границы отрыва при равновесии устойчиво или неустойчиво?

[Theoristos]

Munin в сообщении #593497 писал(а):

Если граница оторвётся не там, получится, что площадь среза сопла эффективно меньше. Так что это как раз интересный момент. Положение границы отрыва при равновесии устойчиво или неустойчиво?

Совершенно верно. Положение устойчиво. Это довольно характерная вещь, например при работе ракетного двигателя с большим, "высотным" соплом при внешнем давлении выше оптимального, на более низких высотах. Но скорее знакомо инженерам, чем чистым физикам.
Иногда движение этой границы можно заметить на видео включений ракетных двигателей, когда параметры в камере ещё не установились.

Да и пассивное "лепестковое" сопло на самолётных двигателях, подстраивающее свой диаметр в зависимости от внешнего давления и давления в струе выхлопа мне кажется тоже из этой серии.

[Munin]

Спасибо, очень интересно. И как рассчитать установившееся положение этой границы? Скажем, параметры в первом сообщении, геометрию сопла можем задать как захотим.

[Oleg Zubelevich]

Теория сопла Лаваля рассмотрена в учебнике Седова Механика Сплошной Среды том2

[Dobriydimka]

Всем огромное спасибо за внимание к теме. Сейчас читаю Седова, правда решил сначала 1й том изучить, потом возьмусь за 2й. Только затянется это немного, поэтому буду внимательно следить за топиком, может кто в числах поможет.

-- 08.07.2012, 21:10 --

А можно ещё один глупый вопрос?
Имеется трубка с малым сечением (допустим 0,5 мм.кв.). При течении в ней жидкости или газа имеется сила сопротивления(грубо говоря трение об стенки). Происходит ли нагрев поверхности трубки ввиду этого трения?
И второй момент, если трубка имеет некоторую степень свободы, она должна увлекаться потоком, опять же благодаря этой силе трения, как в этом случае будут нагреваться стенки(если будут), ведь часть энергии потока потратится на перемещение трубки?

[Dobriydimka]

Не выдержал залез во 2й том. Там есть отношение давлений, при котором можно получить скорость 1 Мах примерно 0,528. Однако не нашёл зависимости скорости струи от температуры газа.

[Theoristos]

Munin в сообщении #593536 писал(а):

Спасибо, очень интересно. И как рассчитать установившееся положение этой границы? Скажем, параметры в первом сообщении, геометрию сопла можем задать как захотим.

К сожалению, навскидку особо ничего не добавлю. Знаю что теория довольно разработана, если интересно надо рыть книги по газодинамике ракетных двигателей, их сопел итп. Как мне объясняли, когда сам любопытствовал, - в общие идеи просты и понятны, но в более-менее точных расчётах есть тонкости и эмпирика.
Плюс смежные области вроде взаимодействия ударных волн дальше в струе, "бриллиантов" итп. Область довольно обширная, но частная.
Вот например такие красоты: http://spacefellowship.com/news/art2796 ... ngine.html
http://www.armybase.us/wp-content/uploa ... engine.jpg
http://www.isro.org/rep2009/images/L-11 ... e-test.jpg

-- Пн июл 09, 2012 14:05:53 --

Вот ещё быстро пару ссылок

(собственно отрыв)
http://www.ngpedia.ru/id590907p1.html
(и эмпирические тонкости)
http://fsapr2000.ru/index.php?showtopic ... t&p=470437

http://engine.aviaport.ru/issues/57/page50.html
http://www.dissercat.com/content/tyagov ... otayushchi

http://hobby-net.net/view_cat.php?razdel=rocket
http://www.procae.ru/examples/34-star-c ... soplo.html
http://www.cae-services.ru/data/121M.pdf

[rudoms]

Да, на первых трех ссылках хорошо видна типичная бочкообразность истекающей струи.

Ну а точный расчет является эмпиричиским. Существуют инженерные методики. Помню, что в курсовой считал истечение струи из сопла Лаваля методом точек. Это численный метод последовательного приближения.