Розроблення конструкції регульованого сопла Лаваля

Анотація

Для охолодження потоків газу в різноманітних технологічних процесах використовують різне обладнання, зазвичай теплообмінники. Однак, для роботи теплообмінників необхідне відведення тепла. У статті пропонується використовувати сопло Лаваля, де газовий потік охолоджується за рахунок фізичного явища, при якому швидкість потоку газу перевищує швидкість звуку. Однак параметри газового потоку на вході у сопло не завжди можливо регулювати, що зменшує ефективність роботи сопла Лаваля. Крім того, ефективність сопла значно залежить від зміни швидкості потоку газу у ньому. Попередній аналіз існуючих конструкцій регульованих сопел показав, що вони є складними як у виготовленні, так у експлуатації. Для регулювання параметрів роботи сопла Лаваля пропонується його конструкція із змінним діаметром внутрішнього отвору (критичного перерізу). Таке сопло можна виготовити із еластичного матеріалу, наприклад силікону, та розмістити у спеціальному корпусі, у який вгвинчується притискна гайка. При вгвинчуванні гайки відбувається деформація еластичного сопла як у осьовому, так і у радіальному напрямках. За допомогою імітаційного моделювання визначено геометричні параметри пропонованого еластичного сопла при деформації його у осьовому напрямку на величину 10 мм. Встановлено, що при цьому внутрішній отвір еластичного сопла з діаметра 12 мм зменшується до діаметра 8,54 мм. Для проведення лабораторно-експериментальних досліджень запропонованого сопла розроблено та виготовлено на 3D-принтер і прес-форму, з допомогою якої із силікону SKR-788 вилите еластичне сопло. Також для дослідження сопла виготовлено спеціальний стенд. Провівши вимірювання силіконового сопла встановлено, що його діаметр у критичному перерізі без деформації у осьовому напрямку складає 11,8 мм, а при деформації на величину 10 мм – 8,6 мм.