shkolakz.ru 1
УДК 533.17

РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ИСТЕЧЕНИЯ РАЗНЫХ ПО ХИМИЧЕСКОМУ

СОСТАВУ И СТРОЕНИЮ ГАЗОВ ИЗ ОТВЕРСТИЙ И СОПЕЛ

А. М. Боровской

Институт Электрофизики и Электроэнергетики Российской Академии Наук

Существуют генераторы низкотемпературной плазмы, предназначенные для нагрева газов до высоких температур. Мы имеем конкретную, доведенную до технологического использования модель генератора плазмы с техническими характеристиками: мощностью до и массовым расходом рабочего газа , определяющими среднемассовую температуру разогретого газа (плазмы) порядка . Истечение разогретого газа происходит в дозвуковом режиме (скорость истечения газа , где - скорость звука); поэтому возникла задача изменения геометрических параметров канала для достижения звуковой скорости с целью max охлаждения и сжатия столба дуги. На рисунке 1 представлена упрощённая схема опытной установки с отверстием диаметром , из которого течёт газ; температура газа внутри трубы ; а на выходе давление газа ; при этом диаметр отверстия необходимо подобрать такой, чтобы газ на выходе разогнался до звуковой скорости с массовым расходом струи вылетающего газа . В качестве исследуемых газов были выбраны: воздух, углекислый газ, азот, кислород, параводород, водород, фтор, аргон.




Рисунок 1. Упрощённая схема опытной установки

В результате этих исследований полученные зависимости диаметра отверстия от температуры внутри трубы для идеальных газов и газов с учётом Ван-дер-Ваальсовского приближения почти совпадают для всех рассматриваемых газов, т.к. температуры внутри трубы превышают их критические температуры; а графики для реальных газов заметно отличаются от графиков в идеальных случаях; при этом зависимости диаметра отверстия от температуры внутри трубы для идеальных случаев представляют собой выпуклые параболы для большинства рассматриваемых газов (например, график для фтора, представленный на рисунке 2); а в случаях реальных газов для большинства рассматриваемых газов графики этой зависимости представляют собой сложные кривые (например, график для аргона, представленный на рисунке 3).


Рисунок 2. Зависимость диаметра отверстия от температуры внутри трубы в случаях со фтором







Рисунок 3. Зависимость диаметра отверстия от температуры внутри трубы в случаях с аргоном

Для всех рассматриваемых газов графические зависимости их выходной температуры от температуры внутри трубы для идеальных и реальных газов заметно отличаются друг от друга, при этом зависимости выходной температуры от температуры внутри трубы для идеальных газов и газов с учётом Ван-дер-Ваальсовского приближения очень близки и представляют собой прямые, а для большинства рассматриваемых реальных газов – это сложные кривые, кроме азота и аргона, графики которых являются прямолинейными. Газодинамические зависимости, характеризующие распределения скорости и температуры вдоль оси газовой струи, распространяющейся в покоящейся воздушной среде при и продемонстрировали постоянство скорости и температуры вылетающих из отверстий и сужающихся сопел газов только на коротких участках, не превышающих , а дальше наблюдается резкое снижение их скоростей и температур. Совпадение скоростей вылетающих реальных газов с идеальными в данных условиях достаточно убедительно, но при этом не наблюдается совпадения температур вылетающих реальных газов с идеальными в этих же условиях.