Надзвукова швидкість W> Wзв. може бути отримана в соплі, що складається з звужується і розширюється частини. Таке сопло називається соплом Лаваля на ім'я його творця (рис.1).
Звужується частина служить для прискорення дозвукового потоку газу.
Відповідно до рівняння Гюгоньо, в звужується частини газ може розігнатися до критичної швидкості в найвужчому перерізі, в критичному. У розширюється частини повинно відбуватися подальше прискорення газу до надзвукових швидкостей. Перебіг газу в звужується частини підпорядковується тим же законам, що і в простому соплі.
Режим роботи сопла Лаваля
При Р1 = Ра (атмосферному тиску) руху газу немає. Зі збільшенням Р1 перед соплом швидкості уздовж всього сопла дозвукові, т. Е. Швидкість на зростаючій частині падає, а тиск зростає.
Подальше підвищення тиску перед соплом призводить до того, що за горловиною швидкість газу стає вищою за швидкість звуку і тиск його падає.
При досить високому значенні Р1 тиску вистачає рівно настільки, щоб до виходу з сопла тиск плавно вирівнялося з атмосферним. Разом з безперервним падінням тиску безперервно зростає швидкість. Режим при якому в свехзвуковом соплі відбувається безперервне зменшення тиску від Р1 до Ра називається розрахунковим. Для конкретного сопла існує єдине значення. при якому воно працює в розрахунковому режимі і Р2 = Ра.
Режими, при яких відносний тиск занадто велике, щоб забезпечити надзвукову швидкість саме на зрізі сопла називають нерозрахованих, а сопла, що працюють в цих режимах - перерасшіренія.
Зазвичай звужується і розширюється частини сопла Лаваля виконують конічними. Сполучення конусів заокруглені так, щоб прохідний перетин дорівнювало критичного. Центральний кут звуження не має істотного значення і зазвичай дорівнює 60-90 0. Кут розкриття розширюється частини передбачають 8-12 0.
Сопла Лаваля розраховують таким чином, щоб швидкість в найвужчому перерізі його була критичною, а в розширюється частини перевершувала звукову, поступово збільшуючись у міру наближення до вихідного отвору сопла. Якщо швидкість в критичному перетині сопла fкр. буде менше критичної, то в розширюється частини буде зменшуватися, а не збільшуватися, т. е. буде змінюватися також, як і в звичайному соплі.
У соплі Лаваля вирівнювання (зменшення) тиску в критичному перетині до Ра відбувається не за соплом, а в розширюється частини сопла, і супроводжується збільшенням швидкості витікання. Відповідно зростає кінетична енергія струменя, яка використовується для вдосконалення корисної роботи. У цьому перевага сопла Лаваля перед звичайним соплом.
Максимум корисно використовуваної енергії досягається за умови, що довжина розширюється частини сопла Лаваля не більше і не менше, ніж це потрібно для повного вирівнювання (зменшення) тиску.
Якщо ця умова не виконується, то ефективність застосування сопла Лаваля зменшується. Характеристики закінчення з сопла Лаваля:
площа перерізу, м 2
Сопла Лаваля широко застосовуються в металургії, наприклад при створенні кисневих фурм для конверторів.