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什么是拉瓦尔喷管! 小小的喷嘴能将流体加速到超音速 你见过吗!2023-10-30 22:52

  这是一款多功能水枪,在高速加压下,水枪前端喷出了一条细长的水柱。随后扭动水枪前端的外壳,细长的水柱瞬间转变成了一幕水墙。

  观察喷管内部构造会发现,喷管的前半部分是由大变小向中间收缩的形态。当越过中间最窄处后,又变成了由小变大并向外扩张的形态。当水受到高压流入喷管的前半部分后,会穿过窄喉处由后半部分逸出。

  在这一瞬间,水的速度会因喷管内部截面积的变化而变化,使水流从亚音速到音速 再到超音速。因此,通常人们也会将这个喇叭一样的喷管称为“跨音速喷管”。而由于它是瑞典人拉瓦尔发明的,所以才会有如今的名字“拉瓦尔喷管”。

  其实关于它的应用,不仅仅体现在消防灭火上。由于气体的密度是质量和体积的比值,所以当气体通过喷管时,会由于体积的减小导致气体的密度相对应的增加。因此,在火箭技术领域中,拉瓦尔效应也受到了广泛应用。

  当火箭燃烧室在燃烧燃料时,液体燃料会被压缩,并通过拉瓦尔喷管进行喷射。由于喷管内部是先收缩后扩张的形态,所以当气体受到拉瓦尔效应被压缩后,就会被高压气流产生的反作用力激发出推力,从而推动火箭向前飞行。

  除了火箭,在燃气轮机中拉瓦尔效应也起到了至关重要的作用。燃气轮机通过燃烧燃料产生高温高压气流,并由拉瓦尔喷管进行喷射,同时推动涡轮旋转,从而驱动机械设备工作。这就是典型的从势能转化为动能的过程。

  我们家家户户使用的水表就是很好的例子。在管道中安装扩压装置,当流体流过此装置后,速度的增加会使得压力降低。如此一来,就能够通过测量压力来推算流体的流量了,这在自来水系统中是很重要的测量设备。

  除此之外,拉瓦尔效应还被应用在了喷泉领域中。当气体通过喷嘴时,速度会被增加从而产生喷射的效果。那么将气体更换成液体,水通过喷嘴被压缩,后又经拉瓦尔效应产生的高速气流,将水喷射到空中,就形成了壮观的喷泉景观。这有点像我们开头看到的那个多功能水枪。

  最后,还想跟大家分享一个冷知识。拉瓦尔喷管的发明者拉瓦尔,还于1879年发明出了沿用至今的伟大工业机械—离心分离机。