喷嘴临界状态是指流体(气体或蒸汽)在喷管喉部流速到达外地音速(马赫数 Ma=1)的特殊活动形态。该形态的中心特征和原理如下:
中心定义
临界状态:当喷管喉部气流速度等于外地声速时(Ma=1),流体进入临界状态。
触发条件:喷管下游背压低于临界值(即背压与入口滞止压力之比 ≤ 临界压力比)。
关键特性
1.流量最大化
临界状态下流量到达最大值,且不再随背压降低而添加。
此时流量仅由入口滞止压力和喷管喉部面积决议。
2.压力有关性
下游压力变化无法影响下游活动形态及流量。
3.临界压力比
定义:临界压力(喉部压力)与入口滞止压力的比值。
决议要素:理想气体的临界压力比仅取决于气体比热容比(γ/k),与温度、压力有关。
β临=(2/γ+1)y/γ−1(γ为气体比热比)。
工程意义
流量控制:用于设计临界流文丘里喷嘴(音速喷嘴),完成高精度气体流量测量与限制。
喷管设计:在拉伐尔喷管中,临界状态是超音速活动的终点。
完全收缩形态:关于尾喷管,临界状态对应出口压力等于背压的完全收缩工况(无激波损失)。
留意区分
临界状态 ≠ 最大收缩效率:
尾喷管中,完全收缩仅发作在临界状态(出口压力=背压),而超临界或亚临界状态会发生能量损失。
总结:临界状态是流体在喷管中到达音速的动力学分界点,其特征为 流量饱和、压力比固定、活动不受下游扰动影响,是气体计量和喷管设计的中心实际根底。
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