Чудо  - Рациональность - Наука - Духовность

Клуб Исследователь - главная страница

ЖИЗНЕННЫЙ ПУТЬ - это путь исследователя, постигающего тайны мироздания

Чем больше знаешь, тем больше убеждаешься что ни чего не знаешь...

Главная

Библиотека

О клубе
ГАИ "Алтай-Космопоиск"
Путеводитель по Алтаю
Маршруты (походы)
   Туризм

X-files

Наука и технологии

Техника и приборы

Косморитмодинамика

Новости

Фотоальбомы

Видеоальбомы

Карты (треки)

Прогноз погоды

Контакты

Форум

Ссылки, баннеры

 

Наш сайт доступен

на

52 языках

 

 
Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.
 
 
 
 
 
  Locations of visitors to this page
LightRay Рейтинг Сайтов YandeG Яндекс цитирования Яндекс.Метрика

 

Besucherzahler

dating websites

счетчик посещений

russian brides

contador de visitas

счетчик посещений

 

 

Здесь

может быть ваша реклама.

 

Наука и технологии

Виртуальный фонд естественнонаучных и научно-технических эффектов "Эффективная физика"
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ы  Э  Ю  Я   По связи разделов
Сверхзвуковое течение
Движение газа или жидкости, при котором скорости частиц превосходят скорость звука в данной среде

Анимация

Описание

Сверхзвуковое течение газа или жидкости, при котором скорость движения потока вещества превосходит скорость распространения звуковых упругих волн в данном веществе, может осуществляться при течении вещества в трубах с определенными комбинациями переменных сечений (сопло Лаваля - описание см. ниже), при обтекании воздушным потоком самолетов, ракет, метеоритов и др. тел, которые движутся со скоростями, превосходящими скорость звука в воздухе. Сверхзвуковое течение часто сопровождается образованием скачков уплотнения (см. описание ФЭ "Ударная волна - скачок уплотнения").

Основным критерием подобия для установившихся движений сжимаемой жидкости с большими скоростями является число Маха:

 

 M=v/c,

 

где v - скорость течения жидкости в рассматриваемой точке;

с - скорость звука в жидкости в той же точке.

 

Число М является мерой влияния сжимаемости  жидкости на ее движение. В тех случаях, когда M<<1, жидкость можно считать несжимаемой. Движение сжимаемой жидости является дозвуковым, если M<1, и сверхзвуковым, если M>1.

В частности, для стационарного адиабатического течения идеальной сжимаемой жидкости в трубе переменного сечения зависимость плотности потока rv от скорости v имеет вид:

 

d(rv)/dv = r(1-v2/c2),

 

где с - местная скорость звука (см. ФЯ "Звук - упругие волны");

r - плотность, соответствующая параметрам состояния жидкости в сечении, где ее скорость равна v.

 

Величина rv достигает максимального значения rcrvcr при скорости v, равной местной скорости звука сcr, называемой критической скоростью. Отношение v/ccr=Mcr называется коэффициентом скорости. При Mcr>1 поток является сверхзвуковым. Для перехода от дозвукового течения к сверхзвуковому необходимо, чтобы площади S поперечных сечений трубы изменялись вдоль ее оси по закону

 

S = ms/rv = (rcrvcr/rv)Scr,  (1)

 

где ms - секундный массовый расход жидкости, т.е. в области дозвукового течения сечение постепенно уменьшалось до критического значения Scr, а затем вновь увеличивалось.

 

Труба, удовлетворяющая таким условиям, называется соплом Лаваля (см. п.10, техническая реализация).

 

Выражение для критических скоростей звука в идеальном газе имеет вид:

 

Ccr=c0(2/(k+1))1/2 = ( (2k/ (k+1))(p0r0))1/2 = ( 2k/ (k + 1))BT0)1/2.

 

Критические значения давления, плотности и температуры рcr, rcr и Тcr соответственно могут быть определены по формулам:

 

pcr = po (2/(k+1))k/(k-1);

 

rcr = r0(2/(k+ 1))1/ 2(k - 1);

 

Tcr = (2/(k+1))T0,

 

где k - показатель адиабаты;

B - удельная газовая постоянная;

p0r0 и Т0 - давление, плотность и температура газа, адиабатически заторможенного до скорости v = 0;

с0 - скорость звука в газе при температуре Т0.

Временные характеристики

Время инициации (log to от -3 до 1);

Время существования (log tc от -1 до 3);

Время деградации (log td от -3 до 3);

Время оптимального проявления (log tk от -1 до 1).

Диаграмма:

Технические реализации эффекта

Сопло Лаваля

Сопло Лаваля - пример реализации закритического режима истечения газа (со сверхзвуковой скоростью) представляет собой комбинацию сужающегося и расширяющегося сопел. В отличие от сужающегося сопла, в котором только часть работы, эквивалентная заштрихованной области (рис. 1), лежащей выше критического давления ps, может быть превращена в кинетическую энергию потока, в сопло Лаваля при увеличении площади поперечного сечения от Fs до Fe используется весь перепад давления от р0 до ре.

 

К принципу действия сопла Лаваля: работа расширения и критическое давление

 

 

Рис. 1

 

работа расширения - площадь участка выделенного серым цветом;

р - давление;

V - объем.

 

Так как в самом узком сечении Fs уже достигнута скорость звука, в расширяющейся части сопла скорость сверхзвуковая.

Применение эффекта

С изучением сверхзвукового течения связан ряд важных практических проблем, возникающих при создании самолетов, ракет, снарядов со сверхзвуковой скоростью полета, а также при конструировании высоконапорных компрессоров газовых турбин, эжекторов, аэродинамических труб для получения потока со сверхзвуковой скоростью.

Так, в сверхзвуковых аэродинамических трубах, служащих для  изучения процессов обтекания летательных аппаратов высокоскоростным воздушным потоком, для получения в рабочей части потока с M>1 применяется сверхзвуковое сопло, состоящее из сужающейся (дозвуковой) и расширяющейся (сверхзвуковой) частей. Число М в рабочей части определяется отношением площадей сечения рабочей части и критического сечения сопла.

Литература

 1. Политехнический словарь.- М.: Советская энциклопедия, 1977.

 2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.- М.: Наука, 1968.

 3. Физическая энциклопедия / Под ред. А.М. Прохорова.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1998.

Ключевые слова

  • адиабата
  • волна упругая
  • волна ударная
  • звук
  • Маха число
  • сверхзвуковое течение
  • скорость звука
  • скорость критическая
  • скорость потока
  • сопло Лаваля
  • скачок уплотнения

Разделы естественных наук:

Сверх и гиперзвуковое обтекание незакрепленных тел
Сверх и гиперзвуковые потоки в отсутствии незакрепленных обтекаемых тел

Формализованное описание Показать