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Die Magie der Düsen: Wie lässt sich die Geschwindigkeit von Flüssigkeiten bis zum Limit steigern?
Eine Düse ist ein Gerät zur Steuerung der Richtung oder der Eigenschaften eines Flüssigkeitsstroms, insbesondere zur Erhöhung der Geschwindigkeit einer Flüssigkeit beim Verlassen eines geschlossenen Hohlraums oder Kanals. Düsen sind in der Regel Rohre oder Leitungen mit unterschiedlichem Querschnitt, die den Fluss einer Flüssigkeit oder eines Gases lenken oder verändern. Der Anwendungsbereich von Düsen ist sehr breit und umfasst die Steuerung von Durchflussmenge, Geschwindigkeit, Richtung, Qualität, Form und sogar Ausflussdruck.
In einer Düse wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit auf Kosten ihrer Druckenergie erhöht.
Düsentypen
Jet
Gasstrahlen, Flüssigkeitsstrahlen oder Hydrostrahlen dienen dazu, Gas oder Flüssigkeit in einem kontinuierlichen Strom in das umgebende Medium auszustoßen. Diese Düsen werden häufig in Gasherden, Öfen und Grillgeräten verwendet. Früher wurden zur Beleuchtung auch Gasdüsen eingesetzt. In manchen Geräten, wie beispielsweise Vergasern, werden Flüssigkeitsdüsen verwendet, um den Kraftstofffluss in den Motor zu regulieren. In Whirlpools erfüllen sie die gleiche Aufgabe. Speziellere Düsen, wie beispielsweise Laminar-Flow-Düsen, sind darauf ausgelegt, einen gleichmäßigeren Druck und Durchfluss zu erzeugen, wodurch der Springbrunnen effektiver wird.
Hochgeschwindigkeitsdüse
Das Hauptziel einer Düse besteht normalerweise darin, die kinetische Energie einer Flüssigkeit zu erhöhen, zunächst aus ihrer inneren Energie und Druckenergie. Hinsichtlich der Düsenkonstruktion kann grundsätzlich zwischen Kontraktionstypen (Verengung von großem Durchmesser zu kleinem Durchmesser) und Expansionstypen (Ausdehnung von kleinem Durchmesser zu großem Durchmesser) unterschieden werden. Beispielsweise konvergiert die Lavaldüse zunächst und dehnt sich dann aus, was die Flüssigkeitsgeschwindigkeit erhöhen und in dieser Form den Fluss von Überschallflüssigkeiten effizienter beschleunigen kann.
Die Düsenform ist so ausgelegt, dass die austretenden Gase direkt nach hinten geleitet werden und seitliche Elemente nicht zum Schub beitragen.
Antriebsdüse
Der Sprinkler erzeugt Schub durch die Energie, die durch die Verbrennung von Treibstoff gewonnen wird. Das heiße Gas steht unter höherem Druck als die Außenluft und seine Geschwindigkeit nimmt zu, wenn es durch die Antriebsdüsen entweicht. Um Schub zu erzeugen, muss die Austrittsgeschwindigkeit höher sein als die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs. Ein zu großer Geschwindigkeitsunterschied führt zu einer Kraftstoffverschwendung.
Elektromagnetische Düse
Für einige Antriebsarten, wie etwa VASIMR, wurden auch elektromagnetische Düsen vorgeschlagen, die den Plasmastrom nicht durch eine feste Wand, sondern durch ein Magnetfeld leiten.
Sprühdüse
Viele Düsen können einen sehr feinen Flüssigkeitsnebel erzeugen. Sprühdüsen werden häufig in den Bereichen Sprühfarbe, Parfüm und Vergaser von Verbrennungsmotoren verwendet.
Vakuumdüse
Staubsaugerdüsen gibt es in verschiedenen Formen und sind speziell für eine einfache Reinigung konzipiert.
Formdüse
Einige Düsenformen sind für die Herstellung von Flüssigkeiten mit bestimmten Formen ausgelegt. Beispielsweise wird die beim Extrusionsformen verwendete Düse als Matrize bezeichnet und wird zur Herstellung von Produkten wie Metallen oder Kunststoffen mit bestimmten Querschnitten verwendet.
Stellen Sie sich vor, welche Durchbrüche dies in der zukünftigen Technologie bringen könnte, da speziell entwickelte Düsen dabei helfen, eine höhere Durchflussleistung zu erzielen.
Wie werden zukünftige Düsentechnologien unser Verständnis und unsere Anwendung der Strömungsdynamik verändern?
