Сопла - канал (труба) змінного по довжині поперечного перерізу, призначений для розгону рідин або газів до заданої швидкості і додання потоку заданого напрямку. Служить також пристроєм для отримання газових і рідинних струменів. Поперечний переріз С. може бути прямокутним (плоскі С.), круглим (осесиметричні С.), мати форму кільця (кільцеві С. С. з центр. Тілом) або довільну форму, в т. Ч. Форму еліпса або багатокутника (просторові З .).
С. широко використовуються в техніці: в парових, водяних і газових турбінах, в ракетних і повітряно-реактивних двигунах, в газодинамічних лазерах. в магнітогідродінаміч. установках, в аеродинамічних трубах і на газодинамич. стендах, при створенні молекулярних пучків, в хім. технології, в струменевих апаратах, в процесах дуття і ін.
В С. відбувається безперервне збільшення швидкості v рідини або газу в напрямку течії - від початкового (зазвичай малого) значення v0 у вхідному перетині С. до наиб. швидкості vc на виході С. При русі по С. внутр. енергія робочого тіла перетворюється в кинетич. енергію витікає струменя, сила реакції до-рій, спрямована протилежно швидкості витікання, наз. тягою. В силу закону збереження енергії одночасно зі зростанням швидкості в С. відбувається безперервне падіння тиску і темп-ри від їх поч. значень р0. Т0 у вхідному перетині С. до найменувань. значень РC. Тc в вихідному. Т. о. для реалізації течії в С. необхідний недо-рий перепад тиску, т. е. виконання умови
Якщо вважати рух рідини або газу по С. ізоентропійним (див. Ізоентропійним процес) і стаціонарним і розглядати середні по поперечному перерізі S значення тиску р. швидкості v. щільності р і швидкості звуку с (одномірне наближення), то з Ейлера ур-ня
(Х - координата уздовж сопла), нерозривності рівняння і вирази швидкості звукаполучаем ур-ня
З нього видно, що при v <с (дозвуковое течение по С.) знак dv противоположен знаку dS. т. е. для того, чтобы скорость течения по С. росла (dv> 0), площа перетину з ростом х повинна зменшуватися (dS <0), а при v> з (надзвукове протягом по С.) знаки dv і dS однакові, т. е. для отримання зростання швидкості (dv> 0) необхідно збільшувати і плошадь S уздовж С. (dS> 0). Фізично це пов'язано з тим, що при надзвуковий швидкості течії газів через вплив стисливості щільність газу падає швидше, ніж зростає швидкість уздовж С. і в силу ур-ня нерозривності для компенсації швидкого падіння щільності необхідно збільшувати площу S. Якщо v = с. то dS = 0 і ф-ція S (x) приймає екстремальне (мінімальне) значення. Т. о. дозвуковое С. має звужується форму (рис. 1).
наиб. швидкість, к-рую можна отримати в сужающемся С. дорівнює швидкості звуку і досягається в його вихідному (наиб. вузькому) перерізі. Надзвукове С. зване також соплом Лаваля на ім'я його винахідника - швед. інженера К. Г. П. де Лаваля (К. G. P. de Laval), має спочатку звужується, а потім розширюється форму (рис. 2). Тиск рс у вихідному перерізі дозвукового С. завжди дорівнює тиску ра в навколишньому середовищі, куди відбувається витікання з С. (pc = pа). При зростанні р0 і незмінному ра швидкість vc у вихідному перерізі дозвукового С. спочатку збільшується, а після того як р0 досягне деякої потужність. величини, vc стає постійною і при подальшому збільшенні р0 не змінюється. Таке явище наз. кризою теченіяв С. Після настання кризи пор. швидкість витікання з дозвукового С. дорівнює місцевої швидкості звуку (v = с) і зв. критичної швидкістю. В цьому випадку всі параметри газу у вихідному перетині С. також зв. критичними, а С. зв. звуковим.
Мал. 1. Схема дозвукового сопла.
Мал. 2. Схема надзвукового сопла.
У надзвуковому С. критичним зв. його наиб. вузьке перетин. Крива лінія, на к-рій реалізується перехід від дозвуковій до надзвукової швидкості течії (лінія v = с), розташована в області хв. перетину С. тому пор. швидкість в критич. перетині завжди близька до швидкості звуку. відносить. швидкість і тиск у вихідному перерізі надзвукового C. залежать тільки від відношення площі вихідного перетину Sc до площі критич. перетину і не залежать в широких межах від зміни відносить. тиску p0 / pа. Тиск у вихідному перерізі надзвукового С. може бути дорівнює тиску в навколишньому середовищі (pc = pа) 'такий режим течії в С. зв. розрахунковим, в іншому випадку - нерозрахованих. Нерозрахованих режими характеризуються утворенням хвиль розрідження поза С. в разі рс> ра або ударних хвиль поза або всередині С. в разі рс <ра . Когда поток проходит через систему волн разрежения или ударных волн, давление становится равным ра .
У більш загальному випадку неізоентропійного і неадіабатіч. течії в С. ур-ня типу (2) включає члени, що враховують тертя, підведення або відведення теплоти, маси і механічні. роботи до робочого тіла. З урахуванням цих впливів перехід швидкості течії через швидкість звуку може відбуватися не тільки в геометричному - спочатку сужающемся, а потім розширюється С. але і при зміні знака впливу на потік в каналі пост. перетину. Так, дозвуковій потік в такому каналі прискорюється при підводі теплоти (теплове С.), маси (витратне С.), скоєнні газом механічні. роботи (механічне С.), а надзвуковий - при зміні знака цих впливів на зворотний. Під впливом одностороннього впливу величину швидкості газового потоку можна довести лише до критичної (до швидкості звуку), але не можна перевести через неї.
Зміна швидкості уздовж геом. С. визначається законом зміни площі S (x) по довжині С. Контур С. тобто вид ф-ції S (x) в одновимірному наближенні, визначити не можна. Тому розвинена теорія двовимірних (плоских і осесиметричних) і тривимірних (просторових) течій в С. заснована на рішенні (гл. Обр. Чисельними методами з використанням ЕОМ) осн. діфференц. ур-ний газової динаміки з відповідними граничними і поч. умовами. В теорії С. вирішуються два завдання: пряма - визначення перебігу в С. контур догрого заданий, зворотна - визначення контуру С. володіє до - л. заданими властивостями. Напр. в аеродінамічен. трубі С. має забезпечити створення на виході, т. е. в робочій частині аеродінамічен. труби, однорідного (за величиною і напрямком) потоку із заданою швидкістю (або Маха числом Мс = vc / c). а контур С. ракетних і повітряно-реактивних двигунів визначають так, щоб отримати макс. імпульс потоку на виході С. (макс. тягу) при заданих обмеженнях маси і габаритів С. Щоб задовольнити поставленим вимогам в широкому діапазоні зміни умов перебігу (напр. зміни числа Маха С. аеродінамічен. труб, швидкості і висоти польоту летат. апарату з ракетним або повітряно-реактивним двигуном), застосовують регульовані С. В надзвукових С. аеродінамічен. труб і дозвукових С. двигунів застосовують механічні. регулювання площі критич. перетину С. Sкp. що дозволяє шляхом зміни ставлення Sкр / Sс змінювати число Маха і тиск на виході С. а в надзвукових С. двигунів з тією ж метою крім регулювання Sкр використовують висувні (телескопічні), розкриваються і розгортаються насадки, дискретним чином змінюють Sc.
Теорія С. розглядає протягом реального робочого тіла в С.І враховує тертя, теплообмін робочого тіла зі стінками С. наявність в газовому потоці рідких і твердих частинок (див. Двофазне протягом), нерівноважних хім. реакцій і фіз. процесів збудження внутр. ступенів свободи молекул, перенесення променистої енергії, впливу ел - магн. полів і ін. Всі ці процеси, пов'язані з відмінністю робочого тіла від ідеального газу. призводять до виникнення разл. виду втрат в С. зменшують тягу двигунів або ккд турбін. Розвиток теорії С. дало відповідь на багато принципових питань вивчення руху рідин і газів. Поряд з теорією С. розроблені складні експери. методи дослідження перебігу в С. зажадали створення спец. гидродинамич. установок і газодинамич. стендів, а також системи вимірювання сил і параметрів течії.