Сопло

Сопло́, канал с переменным по длине поперечным сечением, предназначенный для разгона жидкостей или газов до заданной скорости и придания потоку заданного направления. Служит также устройством для получения газовых и жидкостных струй. В простейшем случае сопло представляет собой цилиндрический или конический патрубок, один конец которого присоединён к источнику жидкости или газа, а из другого истекает струя.

В сопле происходит непрерывное увеличение скорости v жидкости или газа в направлении течения – от начального (обычно малого) значения v₀ во входном сечении сопла до наибольшей скорости v_c на выходе сопла. При движении по соплу внутренняя энергия рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию вытекающей струи, сила реакции которой, направленная противоположно скорости истечения, называется тягой. В зависимости от скорости истечения жидкости или газа различают дозвуковое и сверхзвуковое сопло. В дозвуковом сопле для непрерывного увеличения v сопло должно иметь сужающуюся форму, т. к. скорость возрастает обратно пропорционально площади поперечного сечения. В самом узком, критическом сечении (F_s ) локальная скорость достигает v_a (критическая скорость истечения). Сверхзвуковое сопло, называемое также «сопло Лаваля» по имени его изобретателя Г. де Лаваля, имеет вначале сужающуюся (для ускорения потока до скорости звука), а затем расширяющуюся форму (для ускорения потока до сверхзвуковой скорости). На расширяющемся, закритическом, участке при увеличении площади поперечного сечения сопла от F_s до F_e объём тела расширяется, его температура и давление падают (используется весь перепад давления от p₀ до p_e ) и скорость потока от v_a возрастает до сверхзвуковой (v_e =v_c ).

Сопла широко используются в паровых, водяных и газовых турбинах, ракетных и воздушно-реактивных двигателях, в газодинамических лазерах, магнитогидродинамических установках, аэродинамических трубах, в струйных аппаратах и др.