Düsengröße

Düsengröße bezeichnet in technischen Systemen, in denen Gas oder Flüssigkeiten beschleunigt werden, die Öffnungs- bzw. Engstellenmaße einer Düse. Am geläufigsten wird die Größe durch den Durchmesser der Engstelle oder des Düsenausgangs angegeben. Die Düsengröße beeinflusst maßgeblich den Durchfluss, die Strömungsgeschwindigkeit am Austritt und das Strahlbild des ausgestoßenen Mediums. In vielen Anwendungen wird der Massenstrom durch die Engstelle, den Querschnitt A = π(D/2)^2, und die druckbedingten Randbedingungen bestimmt.

Bei gasförmiger Strömung kann die Strömung am Engpass choke werden, was bedeutet, dass sich der Massenstrom nicht weiter durch Druckabsenkung erhöhen lässt. Dieser Zustand hängt von dem Druckverhältnis zwischen Quelle und Umgebung ab und wird stark vom Engpassquerschnitt (Düse) beeinflusst. Das Verhältnis der Auslassfläche zur Engstelle, das Expansionsverhältnis A_e/A_t, steuert die Endgeschwindigkeit und damit den erreichbaren Schub oder das Sprühverhalten.

Anwendungen: In Raketentriebwerken und Turbinen wird die Düsengröße zusammen mit dem Expansionsverhältnis gewählt, um unter gegebenen Betriebsbedingungen maximale Leistung zu erzielen. Größere Expansionsverhältnisse erhöhen die Ausströmgeschwindigkeit bei niedrigem Umgebungsdruck, können aber Schubverluste bei Meereshöhe verursachen. Bei Sprüher oder Flüssig- und Pulverdüsen bestimmt die Größe der Öffnung die Durchflussrate, das Tröpfchen-/Granulatgrößenbild und das Sprühverhalten; bei 3D-Drucker-Düsen beeinflusst der Düsenquerschnitt die Druck- und Fließcharakteristik des Filaments und damit die Auflösung.

Die Düsenöffnung wird typischerweise in Millimetern angegeben, z. B. 0,2–0,8 mm für feine Spraydüsen oder 0,25–0,4 mm bei Standard-Extruderdüsen im 3D-Druck. Allgemein gilt, dass die Größenangabe mit anderen Betriebsparametern wie Druck, Temperatur, Viskosität und Materialkompatibilität abgestimmt werden muss, um den gewünschten Durchfluss- und Strömungseffekt zu erzielen.