При течении газа (жидкости) в канале для любого его сечения справедливо уравнение (1.119) (аналогично (1.114)):

                                                 ,                                      (1.119)

где - постоянный массовый расход газа, кг/с;  - площадь сечения канала, м²;  - скорость газа, м/с;  - удельный объём газа в данном сечении канала, м³/кг.

Из соображения неразрывности потока при стационарном режиме течения расход газа одинаков в любом сечении потока, т.е.

                                                 .                                (1.120)

В гидродинамике это уравнение называется уравнением неразрывности. Проведя ряд преобразований, это уравнение можно привести у виду:

                                          ,                           (1.121)

где  - число Маха (отношение скорости течения к местной скорости звука). Значение <1 соответствует течению с дозвуковой скоростью ( < ), а >1 – течению со скоростями, превышающими скорость звука ( > ).

Уравнение (1.121) связывает изменение площади поперечного сечения канала (при адиабатном течении без трения и без совершения технической работы) с изменением давления в потоке и с числом Маха. Преобразуя это уравнение, получим уравнение, связывающее изменение площади сечения канала с изменением скорости потока и с :

                                             ,                              (1.122)

Анализ уравнений (1.121) и (1.122) приведен в таблице:

Вид потока	Вид канала
	Сопло (ускорение потока, падение давления вдоль потока)	Диффузор (торможение потока, увеличение давления вдоль потока)
Дозвуковой ( <1)	Суживающийся	Расширяющийся
Сверхзвуковой ( >1)	Расширяющийся	Суживающийся

Из таблицы видно, для дальнейшего ускорения потока, достигшего на выходе из суживающегося сопла звуковую скорость, сопло должно быть спрофилировано так, чтобы канал суживался до тех пор, пока давление в канале не станет равным критическому давлению истечения , а скорость потока станет звуковой. За этим сечением канал должен быть выполнен расширяющимся. Поток перейдет через скорость звука и будет продолжать ускоряться в расширяющейся части сопла.

Такое комбинированное сопло получило название сопло Лаваля. На рисунке 21 показан разрез сопла Лаваля. Здесь же представлен график распределения скорости потока и местной скорости звука по длине сопла.

Сопло Лаваля рассчитывается таким образом, чтобы давление в выходном сечении сопла  было равно давлению среды . Длина суживающейся части сопла выбирается минимальной. Длина расширяющейся, сверхзвуковой части сопла, имеет коническую форму с углом раствора сопла  не более 11-12° (при больших углах раствора возникает опасность отрыва потока от стенок сопла).

1.20 Истечение из сопла водяного пара. Расчёт процесса истечения с помощью - диаграммы. Истечение без трения. Действительный процесс истечения

Водяной пар не является идеальным газом, поэтому расчёт его истечения лучше выполнять не по аналитическим формулам, а по - диаграмме (рисунок 22).

Пар с начальными параметрами  вытекает в среду с давлением . Если пренебречь потерями энергии на трение при движении водяного пара по каналу и теплоотдачей к стенкам сопла, то процесс истечение протекает при постоянной энтропии и изображается на - диаграмме вертикальной прямой 1-2.

Скорость истечения рассчитывается по формуле (1.112):

                                    ,                          (1.112)

где - начальная энтальпия, определяемая как точка пересечения линий  и ;

 - конечная энтальпия, находящаяся на пересечении вертикали, проведенной из точки 1, с изобарой  (точка 2).

В реальных условиях из-за трения потока о стенки канала процесс истечения оказывается неравновесным, т.е. при течении газа выделяется теплота и поэтому энтропия рабочего тела возрастает.

На рисунке 22 неравновесный процесс расширения изображен условно штриховой линией 1-2´. При этом же перепаде давлений  срабатываемая разность энтальпий  получается меньше, чем . В результате этого уменьшается и скорость истечения . Часть кинетической энергии потока из-за трения переходит в теплоту, а скоростной напор  на выходе из сопла получается меньше, чем при отсутствии трения. Потеря в сопловом аппарате кинетической энергии вследствие трения выражается разностью . Отношение потерь в сопле к располагаемому теплопадению называется коэффициентом потери энергии в сопле :

                               .                   (1.123)

Преобразуя выражение (1.123) для выражения из него  и подставив его значение в (1.112), получим:

                                  .                    (1.124)

Коэффициент  называется скоростным коэффициентом сопла. Современные сопла имеют .