Дослідження впливу геометричних параметрів сопла Лаваля на зміну температури потоку газу

Abstract

Сопло Лаваля отримало широке застосування у різних галузях національної економіки: машинобудуванні, хімічній та нафтохімічній галузі, військовій тощо. Потік газу, що проходить через сопло Лаваля змінює свої характеристики, а саме при досягненні швидкості потоку газу швидкості звуку, на виході із сопла відбувається зниження температури та тиску. Це явище можна використовувати для охолодження потоку газу. Проте у традиційній конструкції сопла Лаваля зона, у якій спостерігається найнижча температура, є невеликою. У цій статті проведено дослідження впливу геометричних параметрів сопла Лаваля на зміну температури потоку газу. Для дослідження побудовано 12 різних конструкцій сопел, що мають одинакові основні розміри: діаметр внутрішнього отвору, вхідні та вихідні діаметри, довжина сопла. Середовище та граничні умови, що використовувались під час імітаційного моделювання для всіх сопел приймались однаковими. У результатів отримано розподіли температури середовища у поперечному перерізі для всіх досліджуваних конструкцій сопел. Проаналізувавши результати імітаційного моделювання встановлено, що у всіх конструкціях сопел спостерігається зниження температури приблизно у межах із 100 0С до 60 0С. Проте зони, у яких спостерігається максимальне зниження температури є досить малими. Після зон із най-нижчими температурами у досліджуваних конструкціях сопел спостерігаються зони підвищення температури (у межах 70-80 0С), які є значно більшими за зони з мінімальною температурою. Далі, у наступ-ній зоні відбувається наступнепідвищення температури. Також на основі отриманих результатів моделювання вибрано конструкції сопел, які будуть далі досліджуватись та вдосконалюватись. Планується провести імітаційне моделювання сопел, де основна увага буде сконцентрована на такий параметр як число Маха, його вплив на зміну температури та її розподіл по довжині конструкції тривимірної моделі.