Düsengeometrie

Düsengeometrie bezeichnet die Form und Abmessung einer Düse, die darauf ausgelegt ist, ein strömendes Fluid zu beschleunigen, Druck- und Temperaturverhältnisse zu verändern und den Auslassstrahl zu formen. Die Geometrie beeinflusstSchub, Massendurchsatz, Strömungsgeschwindigkeit und die Druckverluste entlang der Düse. Sie ist entscheidend für Anwendungen in Triebwerken, industriellen Strahlprozessen und chemischen Trennverfahren.

Zu den wichtigsten Geometrieformen gehören konvergente Düsen, konvergierend-divergen­te Düsen und Glocken- oder Bell-Düsen. Eine konvergente Düse verengt sich in Fließrichtung und kann die Strömung bis zur Schallgeschwindigkeit am Hals anschieben; der weitere Verlauf hängt vom Back- bzw. Umgebungsdruck ab. Eine konvergend-divergente Düse beschleunigt die Strömung im konvergierenden Teil bis zur Mach 1 am Hals und nutzt dann den divergenten Abschnitt, um suprastore Strömung zu erzeugen. Glockenförmige Bell-Düsen sind eine Variante der konvergent-divergenten Düsen, die speziell darauf ausgelegt sind, den Auslassdruck auf Umgebungsbedingungen abzustimmen, besonders in Raumfahrtanwendungen.

Wichtige Kennzahlen sind der Querschnittsverhältnis der Düse (A_exit im Verhältnis zum Hals A_th), der Massendurchsatz, der Isentropieverlust und der Austrittsdruck im Vergleich zum Umgebungs- bzw. Backdruck. Die Düsengeometrie bestimmt, ob die Strömung gekennzeichnet ist durch Choking, und beeinflusst maßgeblich die Höhe des erzeugten Schubs bzw. der Strahlgeschwindigkeit.

Anwendungen umfassen Triebwerke in der Raumfahrt und Luftfahrt, Industriesprüh- und Reinigungsprozesse sowie Prozessanlagen. Entwurf und Optimierung nutzen oft numerische Strömungssimulationen (CFD) und experimentelle Messungen, um Verluste zu minimieren und die gewünschte Strömungskontur zu erreichen.

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