Ống phun Laval

Ống phun Laval (tên gọi khác: loa phụt Laval, ống phun siêu thanh, vòi phun Laval) là một dạng ống phun được thiết kế khí động học, nhằm tăng tốc độ dòng khí trong ống từ dưới âm (Mach <1) lên tốc độ siêu âm (Mach >1)

Nguồn gốc và ứng dụng 
Ống phun Laval, được kĩ sư người Thụy Điển Gustaf de Laval phát minh năm 1888 để dùng trong động cơ hơi nước, sau này được Robert Goddard ứng dụng đầu tiên vào động cơ tên lửa. Hầu hết các động cơ tên lửa ngày nay đều sử dụng loại ống phun này.

Ống phun Laval hiện được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật hàng không: ống phun động cơ phản lực, ống khí động học dùng để thu được vận tốc trên vận tốc âm thanh, …..

Hình dạng và nguyên lý hoạt động 
Ống phun Laval thường có dạng ống với phần giữa bị thu nhỏ lại (hội tụ - phân kì) giống như hình dạng một chiếc đồng hồ cát. Gồm 3 phần:
 Phần thu hẹp dần (vận tốc dưới âm)
 Tiết diện tới hạn (vận tốc âm thanh Mach 1)
 Phần mở rộng dần (vận tốc siêu âm)

Nguyên lý hoạt động 
 Ống Laval hoạt động được dựa trên sự khác nhau về đặc điểm, tính chất của dòng khí khi ở tốc độ dưới âm và siêu âm.
 Từ phía cửa vào (thường là buồng đốt), tiết diện ống thu hẹp dần với góc thu lớn, đạt tiết diện nhỏ nhất tại mặt cắt tới hạn, và mở rộng dần với góc mở nhỏ hơn.

Sự phụ thuộc giữa vận tốc vào diện tích mặt cắt ngang của ống 
Theo phương trình liên tục ta có:

mà

thay  theo công thức định nghĩa vận tốc âm thanh

kết hợp các phép biến đổi toán học, ta được công thức cuối cùng

Kết luận 
 Xét dòng chảy dưới vận tốc âm thanh (M<1), khi giảm tiết diện ống (dA<0) thì vận tốc sẽ tăng (dV>0). Tức là nếu giảm diện tích mặt cắt ngang của ống thì chất khí sẽ tăng tốc.
 Tương tự với dòng chảy siêu thanh (M>1), khi tăng tiết diện ống (dA>0) thì vận tốc sẽ tăng (dV>0). Tức là nếu tăng diện tích mặt cắt ngang của ống thì chất khí sẽ tăng tốc.
(Đây chính là sự khác biệt giữa dòng chảy dưới và trên vận tốc âm thanh)

Điều kiện hoạt động 
 Vòi phun Laval chỉ hoạt động được khi lượng khí và áp suất dòng khí đi qua ống đủ lớn để có thể đạt được tốc độ siêu âm. Nghĩa là áp suất đưa vào ống phải lớn hơn đáng kể so với áp suất môi trường bên ngoài (dẫn đến áp suất ở trạng thái hãm của dòng khí phải lớn hơn môi trường)
 Nếu các điều kiện trên không được đáp ứng đủ, ống chỉ làm việc như một ống Venturi đơn thuần.

Tham khảo

Liên kết ngoài 
 Other applications of nozzle theory Flow of gases and steam through nozzles

__CHỈ_MỤC__

Cơ học chất lưu
Động học chất lỏng
Động cơ phản lực
Vật lý thiên văn
Vòi phun