Düsenform

Düsenform, auch Düsengeometrie genannt, bezeichnet die geometrische Gestaltung eines Düsenauslasses, durch den Fluidströme – Gas oder Flüssigkeit – gelenkt werden. Sie beeinflusst Strömungsgeschwindigkeit, Druck, Richtung und das Trennverhalten des Strahls. Ziel ist es, den Strahl energetisch zu formen, um Triebwerke zu betreiben, Sprüh- oder Kühlprozesse zu optimieren oder eine gewünschte Abgabecharakteristik zu erzielen.

Zu den gängigen Düsenformen gehören konvergente Düsen, divergente Düsen sowie konvergent-divergente Düsen (Laval-Düse). Eine konvergente Düse verengt den Querschnitt und beschleunigt meist subsonische Strömung. Eine divergente Düse vergrößert den Querschnitt und wird in bestimmten Druckverhältnissen in Verbindung mit einer Engstelle eingesetzt. Eine Laval-Düse kombiniert beide Abschnitte, um eine Beschleunigung auf Mach 1 zu erreichen und anschließend Supersonik zu ermöglichen. Darüber hinaus gibt es spezialisierte Düsenformen für Sprühsysteme, wie Vollkegel-, Hohlkegel-, Flachstrahl- oder Mehrstrahldüsen, die unterschiedliche Strahlprofile erzeugen.

Anwendungen finden sich in der Raketentechnik und Luftfahrt (Schuboptimierung, Strömungssteuerung in Triebwerken), in der Industrie (Sprüh-, Reinigungs- und Kühlprozesse), in der Lebensmittels- und Medizintechnik (präzise Abgabe von Flüssigkeiten oder Gasen) sowie in der Mikrosystemtechnik (feinjustierte Düsen für Mikroabgaben). Entwurf und Einsatz berücksichtigen Druck- und Temperaturverhältnisse, Strömungseigenschaften (kompressibel vs. inkompressibel), Reynoldszahl, Materialbeständigkeit und Herstellbarkeit.

Historisch bildet die Fluiddynamik die Grundlage für Düsenformen; die konvergent-divergente Laval-Düse wurde im 19. Jahrhundert von Gustaf de Laval entwickelt, um Dampfströme zu beschleunigen. Seitdem hat sich das Verständnis weiter verfeinert, und Düsenformen gehören zu den grundlegendsten Elementen von Antriebs- und Verarbeitungs-Systemen.