Сопло — это устройство, предназначенное для управления направлением или характеристиками потока жидкости (особенно для увеличения скорости) при его выходе (или входе) в закрытую камеру или трубу .
Сопло часто представляет собой трубу или трубку с переменной площадью поперечного сечения, и его можно использовать для направления или изменения потока жидкости ( жидкости или газа ). Сопла часто используются для управления скоростью потока, направлением, массой, формой и/или давлением потока, который выходит из них. В сопле скорость жидкости увеличивается за счет ее энергии давления.
Газовая струя , струя жидкости или гидроструя — это сопло, предназначенное для выброса газа или жидкости в виде когерентного потока в окружающую среду. Газовые струи обычно встречаются в газовых плитах , духовках или барбекю . Газовые струи обычно использовались для освещения до появления электрического освещения . Другие типы жидкостных струй встречаются в карбюраторах , где гладкие калиброванные отверстия используются для регулирования потока топлива в двигатель, а также в джакузи или спа .
Другая специализированная струя — ламинарная струя. Это струя воды, которая содержит устройства для сглаживания давления и потока и дает ламинарный поток , как следует из ее названия. Это дает лучшие результаты для фонтанов .
Пенная струя — это еще один тип струи, в котором 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 непрактично. Диффузоры, которые используют струйные форсунки, называются струйными диффузорами, где они будут располагаться в областях боковых стен для распределения воздуха. Когда разница температур между приточным воздухом и воздухом в помещении изменяется, поток приточного воздуха отклоняется вверх, для подачи теплого воздуха, или вниз, для подачи холодного воздуха. [1]
Зачастую целью сопла является увеличение кинетической энергии протекающей среды за счет ее давления и внутренней энергии .
Сопла можно описать как сходящиеся (сужающиеся от большего диаметра к меньшему диаметру в направлении потока) или расходящиеся (расширяющиеся от меньшего диаметра к большему). Сопло Лаваля имеет сходящийся участок, за которым следует расходящийся участок, и часто называется сходящимся-расходящимся (CD) соплом («con-di сопло»).
Конвергентные сопла ускоряют дозвуковые жидкости. Если степень повышения давления в сопле достаточно высока, то поток достигнет звуковой скорости в самой узкой точке (т. е. в горловине сопла ). В этой ситуации говорят, что сопло засорено .
Дальнейшее увеличение степени сжатия сопла не увеличит число Маха в горле выше единицы. Ниже по течению (т. е. снаружи сопла) поток может свободно расширяться до сверхзвуковых скоростей; однако, число Маха 1 может быть очень высокой скоростью для горячего газа, поскольку скорость звука изменяется как квадратный корень абсолютной температуры. Этот факт широко используется в ракетной технике, где требуются гиперзвуковые потоки и где смеси топлива намеренно выбираются для дальнейшего увеличения скорости звука.
Расширяющиеся сопла замедляют поток жидкости, если скорость потока дозвуковая, но ускоряют потоки, движущиеся со скоростью звука или сверхзвука.
Таким образом, сходящиеся-расходящиеся сопла могут разгонять жидкости, застрявшие в сходящейся секции, до сверхзвуковых скоростей. Этот процесс CD более эффективен, чем разрешение сходящемуся соплу расширяться сверхзвуковым образом наружу. Форма расходящейся секции также гарантирует, что направление выходящих газов будет прямо назад, поскольку любой боковой компонент не будет способствовать тяге.
Выхлопная струя создает тягу за счет энергии, получаемой при сжигании топлива. Горячий газ находится под более высоким давлением, чем наружный воздух, и выходит из двигателя через сопло , что увеличивает скорость газа. [2]
Скорость истечения должна быть выше скорости самолета, чтобы создавать тягу, но чрезмерная разница в скорости приводит к трате топлива (низкая эффективность тяги). Реактивные двигатели для дозвукового полета используют сходящиеся сопла со звуковой скоростью на выходе. Двигатели для сверхзвукового полета, такие как используемые для истребителей и самолетов SST (например, Concorde ), достигают высоких скоростей истечения, необходимых для сверхзвукового полета, за счет использования расходящегося расширения к сходящемуся соплу двигателя, которое ускоряет выхлоп до сверхзвуковых скоростей.
Ракетные двигатели максимизируют тягу и скорость истечения, используя сходящиеся-расходящиеся сопла с очень большими отношениями площади и, следовательно, чрезвычайно высокими отношениями давления. Массовый расход имеет большое значение, поскольку вся движущая масса переносится с транспортным средством, и желательны очень высокие скорости истечения.
Магнитные сопла также были предложены для некоторых типов двигателей, таких как VASIMR , в которых поток плазмы направляется магнитными полями, а не стенками из твердого вещества.
Многие форсунки обеспечивают очень мелкий распыл жидкости.
Насадки для пылесосов бывают разных форм. Насадки для пылесосов используются в пылесосах.
Некоторые сопла имеют форму, позволяющую производить струю определенной формы. Например, экструзионное формование — это способ производства отрезков металлов, пластика или других материалов с определенным поперечным сечением. Такое сопло обычно называют матрицей .