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노즐의 마법: 유체의 속도를 한계까지 높이는 방법?
노즐은 유체 흐름의 방향이나 특성을 제어하도록 특별히 설계된 장치로, 특히 유체가 닫힌 공동이나 파이프에서 빠져나갈 때 유체의 속도를 증가시킵니다. 노즐은 일반적으로 유체(액체 또는 기체)의 흐름을 지시하거나 수정할 수 있는 다양한 단면적을 가진 튜브 또는 파이프입니다. 노즐의 적용 범위는 흐름, 속도, 방향, 질량, 모양, 심지어 유출 압력과 같은 특성 제어를 포함하여 상당히 넓습니다.
노즐에서 유체의 속도는 압력 에너지를 희생하면서 증가합니다.
노즐의 종류
제트
가스 제트, 유체 제트 또는 유압 제트는 가스나 액체를 주변 매체로 연속적으로 분사하는 데 사용됩니다. 이 노즐은 가스 스토브, 오븐 및 그릴에 널리 사용됩니다. 과거에는 조명을 제공하기 위해 가스 제트도 사용되었습니다. 기화기와 같은 장치에서 유체 분사는 엔진으로의 연료 흐름을 조절하는 데 사용되며 스파에서는 역할을 합니다. 층류 노즐과 같은 보다 전문적인 노즐은 압력과 흐름을 더 부드럽게 만들어 분수를 더욱 효과적으로 만들도록 설계되었습니다.
고속 노즐
노즐의 주요 목표는 일반적으로 유체의 운동 에너지를 높이는 것입니다. 초기 운동 에너지는 내부 에너지와 압력 에너지에서 비롯됩니다. 노즐 설계에 있어서는 크게 수축형(대경에서 소경으로 수축)과 확장형(소경에서 대경으로 확장)으로 나눌 수 있습니다. 예를 들어, 드 라발 노즐은 먼저 수축했다가 팽창하여 유체의 속도를 높이고 이러한 방식으로 초음속 유체의 흐름을 더욱 효율적으로 가속화합니다.
노즐 모양의 설계는 빠져나가는 가스의 방향이 정확히 뒤쪽을 향하도록 하고 측면 요소가 추력에 기여하지 않도록 합니다.
추진 노즐
스프링클러 헤드는 연료를 태워 얻은 에너지를 이용해 추력을 발생시킵니다. 뜨거운 가스의 압력은 외부 공기의 압력보다 높으며, 추진 노즐을 통해 빠져나가면서 속도가 증가합니다. 추력을 생성하려면 배기 속도가 항공기의 비행 속도를 초과해야 하며, 속도 차이가 너무 빠르면 연료가 낭비됩니다.
전자기 노즐
또한 고체 벽이 아닌 자기장을 통해 플라즈마 흐름을 유도하는 VASIMR과 같은 일부 추진 유형에 대해 전자기 노즐이 제안되었습니다.
스프레이 노즐
많은 노즐이 매우 미세한 액체 분사를 생성할 수 있습니다. 스프레이 노즐은 스프레이 페인트, 향수 및 내연기관 기화기에 널리 사용됩니다.
진공노즐
진공청소기는 쉽게 청소할 수 있도록 특별히 설계된 다양한 노즐 모양으로 제공됩니다.
성형노즐
특정 노즐 모양은 특정 모양의 유체를 생산하도록 설계되었습니다. 예를 들어, 압출 성형 노즐은 금형이라고 하며 특수한 단면을 가진 금속 또는 플라스틱 제품을 생산하는 데 사용됩니다.
특별히 설계된 노즐은 더 높은 흐름 효율성을 달성하는 데 도움이 되므로 이것이 미래 기술에 어떤 획기적인 발전을 가져올 수 있는지 상상해 보십시오.
미래의 노즐 기술은 유체 역학에 대한 우리의 이해와 적용을 어떻게 변화시키나요?
