
【化】 Laval nozzle
contract; crinkle; draw back; shrink; withdraw
enlarge; expand; extend; spread
nozzle
【计】 jet nozzle
【医】 nozzle; nozzle spray
缩扩喷嘴(Convergent-Divergent Nozzle),又称拉瓦尔喷嘴(Laval Nozzle),是流体动力学中用于加速流体至超音速状态的特殊管道结构。其英文术语由"Convergent"(收缩段)、"Divergent"(扩张段)两部分组成,直接描述其几何特征。
该装置的核心功能基于质量守恒定律($dot{m} = rho v A$)和伯努利原理,通过截面积变化实现流体速度与压力的能量转换。典型结构包含三部分:
在工程应用中,缩扩喷嘴被广泛用于航天推进系统和汽轮机设计。其设计参数需精确计算扩张角度与面积比,避免激波产生导致的能量损失。权威研究显示,最优扩张半角通常控制在12-18度范围。
“缩扩喷嘴”通常指一种具有收缩-扩张结构的流体喷射装置,在工程和流体力学中应用广泛,其核心功能是通过改变管道截面积来调节流体速度与压力。以下是综合多个来源的解释:
基本结构
缩扩喷嘴由收缩段(收敛段)和扩张段(扩散段)组成,横截面形状先逐渐缩小后扩大。这种设计常见于需要实现超音速流动的场景,例如火箭发动机喷管、气动雾化装置等。
工作原理
数学描述
根据流体力学公式,流速与截面积的关系可通过连续性方程和等熵流动方程推导。例如,临界截面积(喉部)与出口截面积的关系为:
$$
frac{A}{A^} = frac{1}{M} left( frac{2}{gamma+1} left(1 + frac{gamma-1}{2}M right) right)^{frac{gamma+1}{2(gamma-1)}}
$$
其中,( A )为截面积,( A^ )为喉部面积,( M )为马赫数,( gamma )为比热比。
应用场景
维护与设计要点
如所述,缩扩喷嘴需定期检查喉部磨损或堵塞,否则会破坏流动状态,影响性能。设计时需精确计算截面积变化率以避免激波等不稳定现象。
缩扩喷嘴是一种通过收缩-扩张结构控制流体速度与压力变化的关键部件,其科学原理和工程应用涉及流体力学、热力学等多学科知识。如需更完整的公式推导或案例,可参考流体力学教材或专业文献。
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