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ノズルの魔法：流体の速度を限界まで上げるには？
ノズルは、流体の流れの方向や特性を制御し、特に閉じた空洞や導管から出る流体の速度を上げるために設計された装置です。ノズルは通常、流体（液体または気体）の流れを誘導または変更する、断面積の異なるチューブまたはパイプです。ノズルの応用範囲は非常に広く、流量、速度、方向、品質、形状、さらには流出圧力の制御も含まれます。
ノズル内では、圧力エネルギーを犠牲にして流体の速度が増加します。
ノズルの種類
ジェット
ガスジェット、流体ジェット、またはハイドロジェットは、ガスまたは液体を連続的に周囲の媒体に噴射するために使用されます。これらのノズルは、ガスコンロ、オーブン、バーベキューグリルで広く使用されています。過去には、ガスジェットも照明として使われていました。キャブレターなどの一部の装置では、流体ジェットを使用してエンジンへの燃料の流れを調整しますが、スパでも同様の機能を果たします。層流ノズルなどのより特殊なノズルは、よりスムーズな圧力と流れを提供するように設計されており、噴水の効果を高めます。
高速ノズル
ノズルの主な目的は通常、流体の内部エネルギーと圧力エネルギーから流体の運動エネルギーを増加させることです。ノズルの設計上、主に収縮型（大径から小径に収縮）と拡張型（小径から大径に拡張）に分けられます。たとえば、ラバルノズルは最初に収束してから拡張することで流体の速度を上昇させ、この形で超音速流体の流れをより効率的に加速することができます。
ノズルの形状は、排出されるガスが真後ろへ向かうように設計されており、横方向の要素が推力に寄与することはありません。
推進ノズル
スプリンクラーは燃料の燃焼から得られるエネルギーによって推力を生成します。高温のガスは外気よりも圧力が高く、推進ノズルから排出されるにつれて速度が増します。推力を発生させるには、排気速度が航空機の飛行速度を超える必要があり、速度差が大きすぎると燃料が無駄になります。
電磁ノズル
VASIMR などの一部の推進タイプでは、プラズマ流を固体壁ではなく磁場に導く電磁ノズルも提案されています。
スプレーノズル
多くのノズルは、非常に微細な液体の噴霧を生成できます。スプレーノズルは、スプレー塗料、香水、内燃機関のキャブレターなどの分野で広く使用されています。
真空ノズル
掃除機のノズルにはさまざまな形状があり、簡単に掃除できるように特別に設計されています。
成形ノズル
ノズルの形状によっては、特定の形状の流体を生成するために設計されているものもあります。たとえば、押し出し成形に使用されるノズルはダイと呼ばれ、特定の断面を持つ金属やプラスチックなどの製品を製造するために使用されます。
特別に設計されたノズルはより高い流量効率の達成に役立ちますが、これが将来の技術にどのようなブレークスルーをもたらす可能性があるか想像してみてください。
将来のノズル技術は、流体力学の理解と応用をどのように変えるのでしょうか?
