منفث
الفوهة هي أداة صممت للتحكم في اتجاه و خصائص تدفق المائع, خاصة زيادة سرعته عند دخوله أو خروجه حيز مغلق أو أنبوب.
تكون الفوهة عبارة عن أنبوب متغير مساحة المقطع, و يمكن استخدامه في توجيه تدفق المائع (سائل أو غاز) أو تعديل مساره.
و تُستخدم الفوهات عادة للتحكم في معدل تدفق المائع و سرعته و اتجاهه و شكله و ضغط خروجه من الفوهة. على سبيل المثال في فوهة السرعة يتم زيادة سرعة المائع بينما ينخفض ضغطه طبقا لقانون برنولي.
يطلق اسم المنفث على تدفقات المائع سواء سائل أو غاز من فتحات صغيرة, و تعمل فوهة نفث المائع على إخراج المائع إلى الوسط المحيط في شكل تدفقات متماسكة.
توجد أنواع عديدة من منافث المائع تختلف باختلاف تبعا لنوع المائع و الاستخدام, نذكر منها:
و هناك نوع آخر من فوهات النفث هو المنفث الرقائقي و هو منفث للماء و كما يتضح من اسمه فهو يعمل علي جعل تدفق المائع الخارج في شكل رقائقي و ذلك عن طريق تنظيم ضغطه و تدفقه, و يستخدم هذا النوع في النافورات ليعطي أفضل النتائج.
عندما تختلف درجة الحرارة بين الهواء المزود و هواء الغرفة, فإن الهواء المزود يتجه لأعلى لإمداد هواء ساخن أو يتجه لأسفل لإمداد هواء بارد.
دائما ما يكون الهدف الأساسي للفوهة هو زيادة طاقة الحركة للمائع على حساب ضغط المائع و طاقته الداخلية, حيث تتحول طاقة السريان و الطاقة الداخلية للمائع إلى طاقة حركة.
و يمكن وصف الفوهات و تقسيمها من حيث الشكل إلى:
تعمل الفوهات المتقاربة على زيادة سرعة المائع المتحرك بسرعة أقل من سرعة الصوت, و يصل إلى سرعة الصوت عند نقطة الخنق_أصغر مساحة مقطع للفوهة و تكون في نهاية الفوهة المتقاربة و بداية الفوهة المتباعدة_حيث رقم ماخ يساوي 1 و هي أقصى سرعة يمكن الوصول لها في الفوهة المتقاربة إذا كان ضغط المائع كبير بالدرجة الكافية.و تعرف الفوهة في هذه الحالة بأنها اختنقت أو أدت لإختناق المائع.
يدخل المائع إلى الفوهة المتباعدة ليتمدد و ينخفض ضغطه و تزداد سرعته أكثر لتصل إلى الفوق صوتية .
العكس يحدث في الفوهة المتباعدة إن لم يصل المائع لسرعة الصوت عند نقطة الإختناق حيث تقل سرعته و يزداد ضغطه في الفوهة المتباعدة, و تعمل الفوهة المتباعدة هنا كأنها ناشر (لزيادتها ضغط المائع على حساب طاقة حركته).
و يمكن تلخيص ما سبق في أن الفوهات المتباعدة تبطئ سريان المائع إن كان يتحرك بسرعة أقل من سرعة الصوت و تسرع سريان المائع إن كان يتحرك بسرعة صوتية أو فوق صوتية.
تعتبر سرعة 1 ماخ عند نقطة الإختناق سرعة كبيرة جدا للغازات الساخنة حيث تتناسب سرعة الصوت مع الجذر التربيعي لدرجة الحرارة المطلقة.و تستخدم هذه الحقيقة في علم الصواريخ الذي يحتاج إلى تدفقات للمائع بسرعات فوق صوتية كبيرة جدا تصل إلى 5 ماخ و يتم اختيار مخاليط الوقود الدافع بحيث يعمل على زيادة السرعة الصوتية للمائع لتصل إلى السرعة اللازمة.
تٌستخدم فوهة الدفع في الطائرات لتحويل الطاقة المتبقية في غازات العادم (خليط من الهواء و الوقود) _بعد خروجها من تربينة المحرك_ إلى طاقة حركة يستفاد بها في توليدة قوة دفع للطائرة.
لمعدل تدفق ما, تزداد قوة الدفع بزيادة سرعة خروج غازات العادم, و تتحقق أقصى كفاءة بتثبيت سرعة دخول الهواء إلى محرك الطائرة, الأمر الذي لا يمكن تحقيقه عمليا نظرا لقوانين كمية الحركة.
تحقق دائما محركات الطائرات النفاثة الفوق صوتية _مثل الطائرات المقاتلة و طائرات النقل الفوق الصوتية مثل الكونكورد_ سرعات خروج غازات العادم المرتفعة اللازمة للطيران بسرعة أكبر من سرعة الصوت باستخدام فوهة متقاربة متباعدة, برغم الوزن و التكاليف الزائدة.
على النقيض تحقق محركات الطائرات النفاثة الأقل من سرعة الصوت سرعات منخفضة نسبيا لخروج غازات العادم لذلك تستخدم فوهة متقاربة أو فوهة ذات نسبة إلتفافية عند السرعات الأقل.
تزيد محركات الصواريخ قوة الدفع و سرعات خروج غازات العادم إلى الحد الأقصى باستخدام فوهات متقاربة متباعدة ذات نسب مساحة_النسبة بين مساحتي مقطع الدخول و الخروج من الفوهة_ مرتفعة و لذلك تعمل عند نسب ضغوط مرتفعة جدا_النسبة بين ضغط الدخول و الخروج تكون مرتفعة جدا هنا للحصول على أكبر قدر من الطاقة_.
أستخدمت أيضا الفوهات المغناطيسية لبعض أنواع الدفع, مثل الصواريخ المستخدِمة لمولدات البلازما النبضية المتغيرة حيث يتم توجيه تدفق البلازما باستخدام المجالات المغناطيسية بدلا من استخدام حوائط مادية صلبة كجوانب الفوهات العادية.
تُستخدم الفوهات البخاخة لرش رذاذ صغير جدا من السائل, و من هذه الفوهات على سبيل المثال:
في سيل من الرغوة المائية لزيادة تركيز الرغوة, و تتواجد غالبا في طفايات الحريق ذات الرغوة.