Анализ формулы расхода. Запирание каналов по расходу (см. Также уравнение Гюгонио и вопрос 8). Воздействия, способные вызвать запирание каналов по расходу.
Массовый расход
зависит от рода газа, определяемого
коэффициентом
.
Чем меньше молярная масса газа, тем
меньший расход протекает через заданное
сечение канала при неизменной скорости
и полных параметрах.
Увеличение площади
поперечного сечения, при прочих равных
условиях, приводит к росту расхода. При
постоянных площади сечения и скорости
,
расход можно изменить за счет параметров
торможения. Увеличение полного давления
при
повышает статическое давление и плотность
газа, а значит, и массовый расход. При
нагревании газов происходит их расширение
и снижение плотности, что приводит к
уменьшению расхода.
Если одновременно
могут изменяться несколько величин,
определяющих расход, то их совместное
влияние становится неоднозначным. Так,
в дозвуковых потоках нагрев газа приводит
не только к расширению, но и к увеличению
физической скорости потока, вызванному
этим расширением. Т.к. в дозвуковых
потоках скорость меняется быстрее
плотности, то массовая плотность тока
и, соответственно, ГДФ
растут. Рост этих функций (иначе говоря
скорости течения) компенсирует снижение
массового расхода за счет нагрева, в
результате он остается неизменным
.
Запирание каналов по расходу.
Явление
достижения максимальной звуковой
скорости потока на входе в канал, где
сечение канала минимальное (критическая
площадь канала).
при этом достигает единицы (
,
кризис течения), расход принимает
максимальное значение:
.
Если канал на входе сужается, минимальная (критическая) площадь сечения становится ближе к выходу, на входе при этом снижается максимально возможная скорость потока, уменьшается и расход канала.
Сужение
канала на входе влияет на сверхзвуковой
(
)
поток также, как и на дозвуковой, с
отличием в том, что сужение канала
вызывает дополнительное торможение
потока, которое компенсируется
дополнительным ускорением на входе в
канал, для поддержания постоянной
критической скорости в критическом
сечении.
Если
за участком постоянного (или сужающегося)
сечения расположить расширяющийся
канал, то при постоянной площади
критического сечения
,
то есть увеличение
будет вызывать снижение функции
,
рост скорости сверхзвукового потока
до
.
Расход при этом останется
.
Факторы, влияющие на предельный расход канала.
При
заданной геометрии канала расход зависит
от параметрической величины
:
На
выходе (а) из канала скорость потока
увеличивается с ростом массового
расхода. При достижении
и
,
если
дальнейший рост скорости невозможен и
.
Если
,
то чем больше площадь выходного сечения,
тем больше скорость истечения. Для этого
достаточно, чтобы статическое давление
на выходе выло равно давлению во внешней
среде или соответствовало определяемой
геометрией скорости:
При
этом предельная скорость истечения
достигается при
.
Увеличение
параметра
,
при заданной величине расхода, увеличивает
скорость дозвукового истечения, и не
влияет на скорость сверхзвукового
истечения, которая изменяется за счет
площади
,
при закрытом по расходу канале (при
давлении ниже расчетной величины).
Увеличение
при постоянной скорости ведет к снижению
.
На
входе (б) рост расхода при
увеличивает дозвуковую (канал открыт
по расходу) и уменьшает сверхзвуковую
скорость истечения (канал закрыт по
расходу). Если
,
на входе достигается
,
.
При
,
скорость остается дозвуковой
(сверхзвуковой),
.
С ростом
увеличивается,
уменьшается. Пока канал не закрыт по
расходу, рост
не влияет на изменение
(в случае идеального канала). В реальном
канале изменение площади ведет к
изменению потерь энергии и изменению
расхода. В случае запирания канала рост
приводит к уменьшению
,
и наоборот, при условии что в
.