
【化】 Laval nozzle
contract; crinkle; draw back; shrink; withdraw
enlarge; expand; extend; spread
nozzle
【計】 jet nozzle
【醫】 nozzle; nozzle spray
縮擴噴嘴(Convergent-Divergent Nozzle),又稱拉瓦爾噴嘴(Laval Nozzle),是流體動力學中用于加速流體至超音速狀态的特殊管道結構。其英文術語由"Convergent"(收縮段)、"Divergent"(擴張段)兩部分組成,直接描述其幾何特征。
該裝置的核心功能基于質量守恒定律($dot{m} = rho v A$)和伯努利原理,通過截面積變化實現流體速度與壓力的能量轉換。典型結構包含三部分:
在工程應用中,縮擴噴嘴被廣泛用于航天推進系統和汽輪機設計。其設計參數需精确計算擴張角度與面積比,避免激波産生導緻的能量損失。權威研究顯示,最優擴張半角通常控制在12-18度範圍。
“縮擴噴嘴”通常指一種具有收縮-擴張結構的流體噴射裝置,在工程和流體力學中應用廣泛,其核心功能是通過改變管道截面積來調節流體速度與壓力。以下是綜合多個來源的解釋:
基本結構
縮擴噴嘴由收縮段(收斂段)和擴張段(擴散段)組成,橫截面形狀先逐漸縮小後擴大。這種設計常見于需要實現超音速流動的場景,例如火箭發動機噴管、氣動霧化裝置等。
工作原理
數學描述
根據流體力學公式,流速與截面積的關系可通過連續性方程和等熵流動方程推導。例如,臨界截面積(喉部)與出口截面積的關系為:
$$
frac{A}{A^} = frac{1}{M} left( frac{2}{gamma+1} left(1 + frac{gamma-1}{2}M right) right)^{frac{gamma+1}{2(gamma-1)}}
$$
其中,( A )為截面積,( A^ )為喉部面積,( M )為馬赫數,( gamma )為比熱比。
應用場景
維護與設計要點
如所述,縮擴噴嘴需定期檢查喉部磨損或堵塞,否則會破壞流動狀态,影響性能。設計時需精确計算截面積變化率以避免激波等不穩定現象。
縮擴噴嘴是一種通過收縮-擴張結構控制流體速度與壓力變化的關鍵部件,其科學原理和工程應用涉及流體力學、熱力學等多學科知識。如需更完整的公式推導或案例,可參考流體力學教材或專業文獻。
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