Критические параметры потока
Вернемся к истечению потока из бака. При истечении в вакуум согласно (16.18) можно ожидать, что скорость гала достигнет максимальной величины
.
Однако при использовании сужающегося или расширяющегося сопла снижение давления на выходе из бака приводит к увеличению скорости истечения только до того момента, пока скорость истечения не станет равной скорости звука в выходном сечении сопла. При дальнейшем снижении давления возмущения потока, вызываемые увеличенным перепадом давления, будут сноситься во внешнюю среду, не проникая внутрь бака. Такое течение со звуковой скоростью в выходном сечении сопла называется критическим течением, а параметры, соответствующие звуковой скорости истечения, называются критическими.
Так как при скорости газа, равной скорости звука, число Маха М=1, то критические параметры согласно (8.12) – (8.16) будут равны
или
, (17.2)
или
, (17.3)
или
, (17.4)
или
, (17.5)
или
. (17.6)
Из (17.3) следует, что существует критический перепад давлений, выше которого существует дозвуковое течение, а ниже которого скорость газа на выходе из сопла остается постоянной и равной скорости звука.
Для воздуха при k=1,4
.
Для перегретого пара при k=1,33
.
При
торможении газового потока его давление
может быть значительно меньше давления
,
рассчитанного по идеально адиабатному
процессу. Это связано с тем, что в реальном
процессе могут быть гидравлические
потери, вызванные вихреобразованиями
или появлением ударных волн при торможении
сверхзвукового потока.
Потери давления учитываются коэффициентом сохранения полного давления
, 
. (17.7)
Чем
больше потери, тем меньше значение
коэффициента
и тем ниже давление торможения
.
Энтропия потока
Согласно второму закону термодинамики при реальных необратимых процессах, протекающих в конечной изолированной системе, энтропия возрастает, а в обратимых процессах остается неизменной. Математически прирост энтропии определяется выражением
. (17.8)
Здесь dQ – полное количество тепла, подводимое как извне, так и изнутри, например, вследствие работы сил трения; Т – абсолютная температура.
По первому закону термодинамики это тепло расходуется на повышение внутренней энергии и работу сил расширения
.
Здесь v – удельный объем. Для идеального газа
,
,
.
Тогда
.
Из
имеем 
.
Отсюда
.
Для
идеального газа
.
Тогда
.
Если процесс движения происходит по идеальной адиабате, то
,
откуда 
.
Отсюда следует, что в идеальном адиабатическом процессе энтропия газа остается постоянной.
Всякий
реальный процесс для изолированной
конечной системы протекает в таком
направлении, что его энтропия возрастает.
В изолированной системе теплообмен с
окружающей средой отсутствует и
температура торможения не меняется.
Однако вследствие потерь на трение
давление торможения в газовом потоке
уменьшается,
.
Тепло трения всегда имеет положительный
знак, поэтому
.
При отсутствии теплообмена и механической работы изменение энтропии при переходе газового потока из состояния 1 в состояние 2 составит
. (17.9)
Здесь - коэффициент сохранения полного давления.