Сопло — это устройство, предназначенное для управления направлением или характеристиками потока жидкости ( специально для увеличения скорости) при выходе (или входе) из закрытой камеры или трубы .
Сопло часто представляет собой трубу или трубку различной площади поперечного сечения, и ее можно использовать для направления или изменения потока жидкости ( жидкости или газа ). Форсунки часто используются для контроля скорости потока, скорости, направления, массы, формы и/или давления выходящего из них потока. В сопле скорость жидкости увеличивается за счет энергии ее давления.
Газовая струя , струя жидкости или гидроструя — это сопло, предназначенное для выброса газа или жидкости когерентным потоком в окружающую среду. Газовые форсунки обычно встречаются в газовых плитах , духовках или барбекю . Газовые форсунки обычно использовались для освещения до появления электрического света . Другие типы жиклеров встречаются в карбюраторах , где гладкие калиброванные отверстия используются для регулирования потока топлива в двигатель, а также в джакузи или спа .
Другой специализированной струей является ламинарная струя. Это водомет, содержащий устройства для сглаживания давления и потока и создающий ламинарный поток , как следует из названия. Это дает лучшие результаты для фонтанов .
Пенная струя — это еще один тип струи, в которой вместо газа или жидкости используется пена.
Сопла, используемые для подачи горячего дутья в доменную печь или горн , называются фурмами .
Струйные форсунки также используются в больших помещениях, где распределение воздуха через потолочные диффузоры невозможно или нецелесообразно. Диффузоры, в которых используются струйные сопла, называются струйными диффузорами, где они располагаются в областях боковых стенок для распределения воздуха. При изменении разницы температур приточного воздуха и воздуха в помещении поток приточного воздуха отклоняется вверх для подачи теплого воздуха или вниз для подачи холодного воздуха. [1]
Часто целью сопла является увеличение кинетической энергии текущей среды за счет ее давления и внутренней энергии .
Сопла можно охарактеризовать как сходящиеся (сужающиеся от широкого диаметра к меньшему по направлению потока) или расходящиеся (расширяющиеся от меньшего диаметра к большему). Сопло де Лаваля имеет сужающуюся часть, за которой следует расширяющаяся часть, и его часто называют сужающимся-расширяющимся соплом (CD) («сопло кон-ди»).
Сходящиеся сопла ускоряют дозвуковые жидкости. Если степень давления в сопле достаточно высока, то поток достигнет скорости звука в самой узкой точке (т. е. в горловине сопла ). В этой ситуации говорят, что сопло засорено .
Дальнейшее увеличение степени сжатия сопла не приведет к увеличению числа Маха горловины выше единицы. Ниже по потоку (т.е. за пределами сопла) поток может расширяться до сверхзвуковых скоростей; однако скорость 1 Маха может быть очень высокой скоростью для горячего газа, поскольку скорость звука изменяется как квадратный корень из абсолютной температуры. Этот факт широко используется в ракетной технике, где требуются гиперзвуковые потоки и где топливные смеси намеренно выбираются для дальнейшего увеличения скорости звука.
Расходящиеся сопла замедляют жидкость, если поток дозвуковой, но ускоряют звуковую или сверхзвуковую жидкость.
Таким образом, сужающиеся-расширяющиеся сопла могут ускорять жидкости, которые застряли в сужающейся секции, до сверхзвуковых скоростей. Этот процесс CD более эффективен, чем сверхзвуковое расширение сужающегося сопла наружу. Форма расширяющейся секции также обеспечивает направление выходящих газов прямо назад, поскольку любой боковой компонент не будет способствовать тяге.
Реактивный выхлоп создает тягу за счет энергии, получаемой при сжигании топлива. Горячий газ находится под более высоким давлением, чем внешний воздух, и выходит из двигателя через сопло , что увеличивает скорость газа. [2]
Для создания тяги скорость выхлопа должна быть выше скорости самолета, но из-за чрезмерной разницы в скорости происходит бесполезная трата топлива (низкая тяговая эффективность). В реактивных двигателях для дозвукового полета используются сужающиеся сопла со звуковой скоростью на выходе. Двигатели для сверхзвуковых полетов, например, используемые в истребителях и самолетах SST (например, Concorde ), достигают высоких скоростей выхлопа, необходимых для сверхзвукового полета, за счет использования расширяющегося расширения сужающегося сопла двигателя, которое ускоряет выхлоп до сверхзвуковых скоростей.
Ракетные двигатели максимизируют тягу и скорость выхлопа за счет использования сужающихся-расширяющихся сопел с очень большой долей площади и, следовательно, чрезвычайно высокой степенью давления. Массовый расход имеет большое значение, поскольку вся движущая масса приходится на транспортное средство, и желательны очень высокие скорости выхлопа.
Магнитные сопла также были предложены для некоторых типов двигательных установок, таких как VASIMR , в которых поток плазмы направляется магнитными полями, а не стенками из твердого вещества.
Многие насадки производят очень мелкую струю жидкости.
Насадки пылесосов бывают разных форм. Вакуумные насадки используются в пылесосах.
Некоторые сопла имеют такую форму, чтобы создавать поток определенной формы. Например, экструзионное формование — это способ производства отрезков металлов, пластмасс или других материалов с определенным поперечным сечением. Это сопло обычно называют матрицей .
