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La magia degli ugelli: come aumentare la velocità dei fluidi fino al limite?
Un ugello è un dispositivo progettato per controllare la direzione o le caratteristiche del flusso di un fluido, in particolare per aumentare la velocità del fluido quando esce da una cavità o da un condotto chiuso. Gli ugelli sono solitamente tubi o condotte con sezioni trasversali variabili che dirigono o modificano il flusso di un fluido (liquido o gas). La gamma di applicazioni degli ugelli è piuttosto ampia e comprende il controllo della portata, della velocità, della direzione, della qualità, della forma e persino della pressione di uscita.
In un ugello, la velocità del fluido aumenta a scapito della sua energia di pressione.
Tipi di ugelli
getto
I getti di gas, i getti di fluido o gli idrogetti vengono utilizzati per espellere gas o liquidi nel mezzo circostante in un flusso continuo. Questi ugelli sono ampiamente utilizzati nelle cucine a gas, nei forni e nei barbecue. In passato, i getti di gas venivano utilizzati anche per l'illuminazione. In alcuni dispositivi, come i carburatori, vengono utilizzati getti di fluido per regolare il flusso di carburante nel motore; nelle spa svolgono la stessa funzione. Gli ugelli più specializzati, come gli ugelli a flusso laminare, sono progettati per fornire una pressione e un flusso più uniformi, rendendo la fontana più efficace.
Ugello ad alta velocità
Lo scopo principale di un ugello è solitamente quello di aumentare l'energia cinetica di un fluido, inizialmente sfruttando la sua energia interna e l'energia di pressione. In termini di progettazione degli ugelli, questi possono essere principalmente suddivisi in tipo a contrazione (contrazione da diametro grande a diametro piccolo) e tipo a espansione (espansione da diametro piccolo a diametro grande). Ad esempio, l'ugello de Laval prima converge e poi si espande, il che può aumentare la velocità del fluido e, in questa forma, accelerare in modo più efficiente il flusso di fluidi supersonici.
La forma dell'ugello è progettata per garantire che i gas in uscita siano diretti direttamente all'indietro e che nessun elemento laterale contribuisca alla spinta.
Ugello di propulsione
L'irrigatore genera spinta tramite l'energia ricavata dalla combustione del carburante. Il gas caldo ha una pressione maggiore rispetto all'aria esterna e la sua velocità aumenta man mano che fuoriesce dagli ugelli di propulsione. Per generare spinta, la velocità di scarico deve superare la velocità di volo dell'aereo; una differenza di velocità troppo grande comporta uno spreco di carburante.
Ugello elettromagnetico
Sono stati proposti anche ugelli elettromagnetici per alcuni tipi di propulsione, come VASIMR, che indirizzano il flusso di plasma attraverso un campo magnetico anziché attraverso una parete solida.
Ugello spruzzatore
Molti ugelli sono in grado di produrre uno spruzzo di liquido molto fine. Gli ugelli spruzzatori sono ampiamente utilizzati nei settori delle vernici spray, dei profumi e dei carburatori dei motori a combustione interna.
Ugello per vuoto
Gli ugelli degli aspirapolvere sono disponibili in diverse forme e sono appositamente progettati per facilitare la pulizia.
Ugello per stampaggio
Alcune forme di ugello sono progettate per produrre fluidi di forme specifiche. Ad esempio, l'ugello utilizzato per lo stampaggio a estrusione è chiamato matrice, che viene utilizzata per produrre prodotti come metalli o materie plastiche con sezioni trasversali specifiche.
Dato che gli ugelli appositamente progettati aiutano a raggiungere una maggiore efficienza del flusso, immaginate quali innovazioni ciò potrebbe apportare alla tecnologia futura?
In che modo le future tecnologie degli ugelli cambieranno la nostra comprensione e applicazione della dinamica dei fluidi?
