| dbo:abstract
|
- A Laval-fúvóka egy középső részén összeszűkülő, homokóra-üveg formát felvevő csőszakasz. Arra használják, hogy összenyomható gáz áramlási sebességét megnöveljék. Bizonyos típusait széles körben használják gőzturbinákban és fontos része a modern rakétamotoroknak. A fúvókát Gustaf de Laval svéd mérnök találta fel a 19. században és használta először forradalmian új gőzturbinájában. Kis sebességeknél a gáz az összenyomhatatlan folyadékokhoz hasonlóan viselkedik. Ilyenkor az áramlási sebesség növelésére csökkenő keresztmetszetű fúvókát kell használni, ahogy ez a folytonosság törvényéből következik. Az áramlási sebesség és a nyomás közötti összefüggést Bernoulli törvénye írja le. Ha a sebességet növeljük, a gáz összenyomhatóságát annál is kevésbé lehet már elhanyagolni, minél jobban megközelíti a hangsebességet (minél nagyobb a Mach-szám). Ekkor is igaz azonban, hogy a keresztmetszet szűkítésével nő az áramlási sebesség, de az összefüggéseket már az energia egyenlettel lehet követni. A gáz állapotváltozása a Laval-fúvókában történő áramlása során jó közelítéssel izentropikus (a gáz entrópiája közel állandó) és adiabatikus (a hőveszteség vagy -nyereség a környezet felé közel zéró). Amint azonban a gáz áramlási sebessége eléri a hangsebességet, további sebességnövekedést csak a keresztmetszet újbóli bővülésével lehet elérni. Ennek oka a gáz rohamosan növekvő térfogatában keresendő. Szubszonikus áramlás esetén ha az áramlást meghatározó mennyiségekben valami változás áll be (például lecsökken a fúvóka utáni nyomás), ez a gázon tovafutó hang, azaz egy kis formájában terjed tovább és az egész áramlás átáll az új feltételeknek megfelelően. Ha a fúvóka előtti és utáni nyomás viszonyát növelik, egy meghatározott érték elérésekor a fúvóka „torka” közelében, ahol a keresztmetszet a legkisebb, a gázsebesség helyileg transzszonikus lesz (a sebesség eléri a hang sebességét, a Mach-szám = 1,0). Ennél a pontnál a fúvóka utáni változás nem képes visszahatni a torok előtti áramlásra, mert a hanghullámok nem képesek visszafelé haladni, mivel a gázsebesség nagyobb a hangénál, azaz a gáz sebessége szuperszonikus (Mach-szám > 1,0). Ezért az időegység alatt kiáramló gázmennyiség az ellennyomás csökkenése ellenére is állandó marad. Ha a torok után a keresztmetszet ismét bővül, a gáz kitágulhat, az expanzió felgyorsítja a gáz kiáramlási sebességét. (hu)
- A Laval-fúvóka egy középső részén összeszűkülő, homokóra-üveg formát felvevő csőszakasz. Arra használják, hogy összenyomható gáz áramlási sebességét megnöveljék. Bizonyos típusait széles körben használják gőzturbinákban és fontos része a modern rakétamotoroknak. A fúvókát Gustaf de Laval svéd mérnök találta fel a 19. században és használta először forradalmian új gőzturbinájában. Kis sebességeknél a gáz az összenyomhatatlan folyadékokhoz hasonlóan viselkedik. Ilyenkor az áramlási sebesség növelésére csökkenő keresztmetszetű fúvókát kell használni, ahogy ez a folytonosság törvényéből következik. Az áramlási sebesség és a nyomás közötti összefüggést Bernoulli törvénye írja le. Ha a sebességet növeljük, a gáz összenyomhatóságát annál is kevésbé lehet már elhanyagolni, minél jobban megközelíti a hangsebességet (minél nagyobb a Mach-szám). Ekkor is igaz azonban, hogy a keresztmetszet szűkítésével nő az áramlási sebesség, de az összefüggéseket már az energia egyenlettel lehet követni. A gáz állapotváltozása a Laval-fúvókában történő áramlása során jó közelítéssel izentropikus (a gáz entrópiája közel állandó) és adiabatikus (a hőveszteség vagy -nyereség a környezet felé közel zéró). Amint azonban a gáz áramlási sebessége eléri a hangsebességet, további sebességnövekedést csak a keresztmetszet újbóli bővülésével lehet elérni. Ennek oka a gáz rohamosan növekvő térfogatában keresendő. Szubszonikus áramlás esetén ha az áramlást meghatározó mennyiségekben valami változás áll be (például lecsökken a fúvóka utáni nyomás), ez a gázon tovafutó hang, azaz egy kis formájában terjed tovább és az egész áramlás átáll az új feltételeknek megfelelően. Ha a fúvóka előtti és utáni nyomás viszonyát növelik, egy meghatározott érték elérésekor a fúvóka „torka” közelében, ahol a keresztmetszet a legkisebb, a gázsebesség helyileg transzszonikus lesz (a sebesség eléri a hang sebességét, a Mach-szám = 1,0). Ennél a pontnál a fúvóka utáni változás nem képes visszahatni a torok előtti áramlásra, mert a hanghullámok nem képesek visszafelé haladni, mivel a gázsebesség nagyobb a hangénál, azaz a gáz sebessége szuperszonikus (Mach-szám > 1,0). Ezért az időegység alatt kiáramló gázmennyiség az ellennyomás csökkenése ellenére is állandó marad. Ha a torok után a keresztmetszet ismét bővül, a gáz kitágulhat, az expanzió felgyorsítja a gáz kiáramlási sebességét. (hu)
|
