拉法尔喷管
说明拉瓦尔喷管的工作特性
说明拉瓦尔喷管的工作特性拉瓦尔喷管的工作特性。
拉瓦尔喷管是一种热喷涂技术，它利用高温火焰将材料加热至熔化或半熔化状态，然后将熔融的材料喷射到工件表面，形成涂层。
这种喷涂技术具有许多独特的工作特性，使其在各种工业领域中得到广泛应用。
首先，拉瓦尔喷管具有高效的涂层性能。
由于喷涂材料在喷射过程中处于熔化或半熔化状态，因此可以形成非常均匀的涂层。
这种均匀的涂层不仅可以提高工件的表面质量和光洁度，还可以提高其抗腐蚀性能和耐磨性能。
此外，由于喷涂材料可以选择，可以根据工件的具体要求选择不同的材料，以实现不同的涂层性能。
其次，拉瓦尔喷管具有高温喷涂能力。
由于喷涂材料在喷射过程中需要加热至熔化或半熔化状态，因此喷涂火焰的温度通常非常高，可以达到几千摄氏度甚至更高。
这种高温喷涂能力使得拉瓦尔喷管可以喷涂一些高熔点的材料，如陶瓷、金属合金等，从而扩大了其应用范围。
再次，拉瓦尔喷管具有多材料喷涂能力。
由于喷涂材料可以选择，因此可以实现多种材料的喷涂。
例如，可以将金属涂层喷涂在陶瓷基底上，也可以将陶瓷涂层喷涂在金属基底上。
这种多材料喷涂能力可以实现复合涂层的制备，从而满足不同工件的特殊要求。
此外，拉瓦尔喷管具有高速喷涂能力。
由于喷涂火焰的温度高，喷涂速度通常也很快，可以达到每小时几米甚至更快的速度。
这种高速喷涂能力使得拉瓦尔喷管可以在短时间内完成大面积的涂层喷涂，提高了生产效率。
最后，拉瓦尔喷管具有良好的适应性。
由于喷涂材料可以选择，喷涂火焰的温度可以调节，因此可以适应不同材料和工件的喷涂要求。
同时，拉瓦尔喷管可以喷涂各种形状和尺寸的工件，包括平面、曲面、孔隙等，具有良好的适应性。
总的来说，拉瓦尔喷管具有高效的涂层性能、高温喷涂能力、多材料喷涂能力、高速喷涂能力和良好的适应性，使其在航空航天、汽车制造、石油化工、电力等领域得到广泛应用。
随着技术的不断发展，相信拉瓦尔喷管在未来会有更广阔的应用前景。
拉瓦尔喷管计算
拉瓦尔喷管计算
拉瓦尔喷管计算是一种用于燃气动力机械的重要计算方法。
它可以通过燃气流动在喷嘴中的压缩和加速来增强燃料的燃烧效率，从而提高了燃气动力机械的效率和性能。
该计算方法考虑了燃气压力、温度、密度等参数的影响，以及喷嘴及进气管道的结构因素，通过数学模型来预测喷嘴和进气管道中的燃气流动情况。
其中，拉瓦尔喷管计算的核心计算公式就是拉瓦尔方程式，通过该公式可以计算喷嘴中燃气的声速、马赫数、压力和温度等参数。
然后，通过喷嘴中燃气流动的计算结果，可以进一步推算出各种工况下的喷嘴流量、推力和喷嘴的性能参数。
拉瓦尔喷管计算在现代航空航天、火箭发射、涡轮增压器等领域有着广泛的应用。
通过计算优化喷嘴的设计，可以大幅提升燃气动力机械的效率和推力，提高其应用价值和安全性。
拉瓦尔喷管在生活中的应用
拉瓦尔喷管在生活中的应用
拉瓦尔喷管是一种流体控制技术，它可以在现代工业、医疗和科学研究等领域中实现许多重要应用。
在日常生活中，拉瓦尔喷管也有一些有趣的应用。
首先，我们可以在花园浇水时使用拉瓦尔喷管。
它可以将水以高速度喷射出来，能够快速地将水分散到一定的距离，并且可以控制水流的大小和方向，使得浇水更加方便。
其次，拉瓦尔喷管还可以用于清洁工作中。
例如，当我们需要清洗车辆、家具或其他物品时，拉瓦尔喷管可以通过高速喷射水流来清洗污渍，使得清洗更加彻底。
此外，拉瓦尔喷管还可以被用于美容行业。
许多美容院都会使用这种喷嘴来提供高压水流的按摩服务，以帮助顾客放松身体、去除疲劳。
总之，拉瓦尔喷管是一种非常实用的工具，它在日常生活中有许多有趣的应用。
通过掌握这种技术，我们可以更好地完成许多日常任务，提高我们的生活质量。
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拉伐尔喷管的设计
拉伐尔喷管的设计 Prepared on 24 November 2020拉伐尔喷管的设计摘 要：本文针对拉伐尔喷管的几何条件和力学条件进行了推导。
建立了喷管截面积变化与流速、压强、密度、温度等流动性能参数间的关系，分析了喷管出口截面下游的外界反压对拉伐尔喷管工作过程的影响。
推导建立了拉伐尔喷管主要性能参数的计算方法。
针对实际流动损失的存在，为得到喷管的实际流动性能，对理论性能参数提出了修正方法。
本文研究内容为拉伐尔喷管的设计提供依据。
关键词：变截面；力学条件；性能参数；流动损失 1．引言拉伐尔喷管是火箭发动机和航空发动机最常用的构件，由两个锥形管构成，如图1所示，其中一个为收缩管，另一个为扩张管。
拉瓦尔喷管是推力室的重要组成部分。
喷管的前半部是由大变小向中间收缩至喷管喉部。
喉部之后又由小变大向外扩张。
燃烧室中的气体受高压流入喷嘴的前半部，穿过喉部后由后半部逸出。
这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。
所以，人们把这种喷管叫跨音速喷管。
瑞典工程师De Laval 在1883年首先将它用于高速，现在这种喷管广泛应用于喷气发动机和火箭发动机。
图1 拉伐尔喷管结构图2．拉伐尔喷管的几何条件 2．1变截面一维定常等熵流动在变截面一维定常流动中只考虑截面积变化这一种驱动势，忽略摩擦、传热、重力等其他驱动势，因此流动是绝热无摩擦的，即等熵流动，变截面定常等熵流动模型如图2所示。
变截面一维定常等熵流动的控制方程组为：Const m VA ρ== (1)0dp VdV ρ+= (2)2102d h V ⎛⎫+= ⎪⎝⎭ (3)2．2截面积变化对流动特性的影响管道的形状变化可以用截面积变化dA 来表示。
图2 变截面一维定常等熵流动模型(a) 截面积变化对流速的影响对连续方程(1)取对数微分，得0d dV dAV Aρρ++= (4) 将(2)两边同除以ρ，得20dV dp d V V d ρρρ+⋅= (5) 由声速公式及马赫数定义，得()21dV dAM V A-=(6) 这就是截面积变化与流速变化之间的关系。
拉瓦尔喷管边界层总压变化
拉瓦尔喷管边界层总压变化
拉瓦尔喷管边界层总压变化指的是在拉瓦尔喷管流动过程中，边界层内的总压随着流动的变化情况。
拉瓦尔喷管是一种常用的喷气发动机燃烧室组件，用于将高速气流减速并导向下游。
在拉瓦尔喷管中，气流通过一个收缩段和一个扩张段，从而实现减速和加速。
在这个过程中，边界层内的流动特性对喷管的性能和稳定性有着重要影响。
边界层是指流体的一个薄层，它紧贴着固体表面。
在边界层内，流体的速度和压力等特性与外部的自由流有所不同。
在拉瓦尔喷管中，边界层的总压变化受到多种因素的影响，如来流速度、温度、压力、喷管几何形状等。
总压是指流体单位体积内的能量，等于静压和动压之和。
在拉瓦尔喷管中，由于气流的减速和加速，边界层内的总压会发生变化。
在收缩段，气流减速导致总压增加；在扩张段，气流加速导致总压减小。
这种总压变化对喷管的性能和稳定性有一定影响。
为了更好地理解拉瓦尔喷管边界层总压变化，可以进行数值模拟或实验研究。
数值模拟可以通过计算机软件对喷管内的流场进行数值计算，从而获得边界层内的总压分布和变化规律。
实验研究可以通过测量喷管内的压力、温度、速度等参数，来验证数值模拟结果的准确性。
综上所述，拉瓦尔喷管边界层总压变化指的是在拉瓦尔喷管流动过程中，边界层内的总压随着流动的变化情况。
这种变化对喷管的性能和稳定性有一定影响，因此可以通过数值模拟或实验研究来进一步理解。
拉瓦尔喷管膨胀加速过程
拉瓦尔喷管膨胀加速过程
嘿，朋友！今天咱们来聊聊拉瓦尔喷管膨胀加速过程，这可是个超级有趣又有点神秘的话题。
你想想啊，拉瓦尔喷管就像是一个神奇的魔法通道。
气体从一端冲进去，然后在这个通道里经历一番奇妙的变化，最后以超快的速度冲出来。
拉瓦尔喷管的结构可不简单，它就像一条精心设计的赛道。
入口部分比较窄，就像比赛刚开始的起跑点，气体挤在这儿，攒足了劲儿。
中间部分慢慢变宽，这时候气体就像脱缰的野马，开始撒欢儿地跑起来。
到了出口部分，又突然变窄，气体在这儿被狠狠地推了一把，速度瞬间飙升。
为啥会这样呢？这就好比你在一条越来越宽的路上跑步，是不是感觉阻力变小了，能跑得更轻松？拉瓦尔喷管里的气体也是这样，变宽的部分让它们压力降低，速度就逐渐加快。
等到了出口突然变窄，就像有人在后面猛推了你一下，那速度能不快吗？
在这个膨胀加速过程中，气体分子们可忙坏啦！它们相互碰撞、推挤，就像一群调皮的孩子在打闹。
而且这个过程对很多领域都有着重要的作用呢！比如火箭发动机里，拉瓦尔喷管能让燃料燃烧产生的气体加速喷出，给火箭提供强大的推力，带着它冲向浩瀚的宇宙。
这不就像给火箭装上了超级翅膀吗？
再想想飞机发动机，拉瓦尔喷管也在默默发力，让飞机飞得又快又稳。
要是没有它，飞机可能就像没吃饱饭的小鸟，扑腾几下就飞不动啦！
拉瓦尔喷管的膨胀加速过程可不只是理论上的东西，它在现实中发
挥着巨大的作用。
咱们的科技发展能有今天的成就，它可功不可没。
所以说，拉瓦尔喷管的膨胀加速过程是不是特别神奇？它就像是一
个隐藏在科技世界里的小秘密，等待着我们不断去探索和发现。
朋友，你是不是也对它充满了好奇和兴趣呢？。
总结拉伐尔喷管的流动状态三
e
收缩喷管的流动规律
➢ 收缩喷管中气体流动状态完全是 由定反的压喷比管，p流b / 量p* 和确流定速的随，反对压于比给 的降低而增大，但当流速到达音 速后，即使反压比再大，气流仍 是声速流，流量也不再增大。
pb ——喷管出口处外 界气体的压强。
P*——气流的总压， 有时可以是喷管进口 处的外界气体的压强。
两种喷管
➢ 收缩喷管的流道截面积是 逐渐缩小的，在喷管进出 口压强差的作用下，高温 气体的内能转变成动能， 产生很大的推力。气流速 度达到音速后便不能再增 大了。
➢ 拉伐尔喷管即是缩放式喷 管，其流道先缩小再扩大， 允许气流在喉道处达到音 速后进一步加速成超音速 流。
喷管流动中的常见现象
上：亚音速时 下：超音速时
显然用 pb p 与三个特定压强比较，确定流态．
二．回忆收缩喷管，拉伐尔喷管流动状态．
二．总结拉伐尔喷管的流动状态
➢ Ⅰ区 ➢ Ⅱ区
pb p
2.
p1 p*
pb p*
p2 p*
3.
p2 p*
pb p*
p3 p*
p p*
β
4.
p3 p*
pb p*
e
fe
d
Ⅳ
cⅢ
bⅡ
a
Ⅰ
x
拉伐尔喷管中管内激波形成的状态
拉法尔喷管出口的膨胀波、激波及波的发展
拉伐尔喷管的流动分析及流动状态总结
一．几何参数给定，何种因素影响拉伐尔喷管的流态．
➢ p*,T * 给定，反压 pb 变化 ➢ T *, pb 给定，p*变化 思考？ ➢ T* 给定，pb , p*同时变化
r0
r
拉瓦尔喷管原理
拉瓦尔喷管原理
拉瓦尔喷管的原理是利用气体的压缩、加速和膨胀过程，将高压气体能转化为动能和压力能，从而实现推进器的推力和推进效果。
在拉瓦尔喷管中，高压气体通过喷嘴像突出的锥形状通道加速流动，在喷嘴出口处达到超音速，然后通过扩散段逐渐膨胀，流速降低，从而产生反向的压力力，产生推进力。
拉瓦尔喷管利用了流体的连续性方程、动量守恒和能量守恒定律等基本原理，是现代火箭发动机中最为基础和重要的推进器。
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1、临界状态
在一个恰当的压强比下，气流在收缩段内加速，至喉部马赫数
，然后在扩张段内减速，至出口，且，这种流动状态称为拉伐尔尾喷管的临界状态。
气流的静压沿喷管轴线的变化如图 7.12 中的曲线所示。
临界状态的特点是：
，，（完全膨胀），喷管内无激波，如果不计摩擦，管内的整个流动可视为等熵流动。
记临界状态下的压强比为，可见当时，尾喷管的流动为临界状态。
临界状态下的有关参数计算如下：
喷管出口马赫数：由面积比公式（ 7.16a ）可计算得到，即
（）
出口静压与进口总压之比
由于
（ 7.17 ）所以是面积比的函数。
通过尾喷管的质量流量
（ 7.18 ）2.亚临界状态
尾喷管内的流动全部为亚声速时，称为亚临界状态。
例如当
时，整个喷管内无流动，静压等于总压且沿尾喷管不变，如图 7.12 中的平行于轴的直线所示，这是亚临界状态的一种极限情况。
当时，气流在喷管收缩段内加速，至喉部仍然是，之后在扩张管内减速，至出口，，如图 7.12 中的曲线 a 属于亚临界的流动状态。
因此亚临界状态的特点是：，，，气流在喷管内得到完全膨胀，整个喷管为亚声速流动。
亚临界状态的有关参数计算如下：出口马赫数可按下式计算：
出口静压
通过喷管的流量
（ 7.19 ）3.超临界状态
当时，尾喷管内的流动称为超临界状态。
气流在喷管收缩段加速，至喉部，之后在扩张管内的流动根据的大小不同可能有如下几种情况：
（1）气流在扩张管内继续加速，至出口，同时气流在喷管出口达到完全膨胀，，整个扩张管内无激波，出口外也无激波和膨胀波，静压沿喷管的变化如图 7.12 中的曲线所示。
这种情况即是所谓的设计状态，记该状态下的压强比，可见当时，尾喷管的流动为超临界状态，且气流在喷管出口达到完全膨胀。
其特点是：，，，因此喷管出口的马赫数可用等熵面积比公式（7.16a）计算，即
（）
出口静压：
（ 7.20 ）
通过喷管的流量：由于，所以流量达到最大值，仍可用式（ 7.18 ）计算
（2）当时，气流在扩张段加速直到出口的，气流在喷管内没有得到完全膨胀，即，因此超声速气流在喷管出口产生膨
胀波束。
在这个压强比范围内，反压的变化不会影响喷管内的流动，因为外界的扰动是以声速传播的，而喷管出口为超声速流动。
其流动特点为。
通常称为欠膨胀流动状态。
如图7.12中的曲线所示。
出口马赫数和通过喷管的流量的计算方法与（1）相同，出口压强，。
对应于超临界状态中管口有膨胀波的流动状态。
（3）当时，在这个压强比范围内，气流在扩张段加速直到出口的，气流在出口将产生斜激波如图 7.12中的曲线所示。
通过斜激波后的压强与外界反压相等，激波强度由压强比决定。
随着压强比的不断增大，激波不断增强，激波角逐渐加大，当激波角增加到，即斜激波变成正激波时，激波后的压强与总压之比记为如图7.12中的曲线所示。
这种流动通常称为过渡膨胀状态。
对应于超临界状态管口有激波的流动状态。
可见在超临界状态的以上三种（（1），（2）和（3））情况下，喷管内部的流动特点完全相同，计算方法也完全一致，不同的仅是喷管出口后的流动。
图7.12 拉法尔喷管内的流动状态图7.13激波位置
计算示意图
压强比可以根据激波关系式确定，即
因此可得
（ 7.21 ）
由于，与面积比有关，所以，也与面积比有关。
（4）当时，在这个压强比范围内，在喷管扩张段内会产生激波，该激波可看作是由于随压强比的不断提高，使正激波不断向管内移动的结果。
在扩张段内的激波前加速到超声速，压强减小，然后通过正激波后，压强升高，波后亚声速气流在扩张段减速增压，直到出口处，。
此时的压强比沿轴线的变化如图 7.12中的曲线所示。
此种情况对应于超临界状态管内有激波的流动状态。
流动特点为：喉部，。
在一维流动的情况下，当已知喷管面积比、来流总压和反压时，可按下述方法计算管内流动参数和激波位置。
设表示激波所在截面面积如图 7.13 所示，则根据出口截面气流压强等于反压的条件，对临界截面和出口截面应用连续方程
式中，
所以
（ 7.22 ）由查气动函数表得喷管出口的和，然后使用连续方程
由此可以计算出通过激波的总压恢复系数
（ 7.23 ）
由正激波表可得激波前的马赫数。
由于喉部与激波前之间的流动为绝能等熵的，故由连续方程可得
（ 7.24 ）即为激波所在的截面积。
总之，三个特征压强比是由面积比公式确定的，即
，查气动函数表可得两个速度系数，，从而可求出和，而是由查正激波表得到，从而计算出。
以上按照一维无粘流动讨论了拉法尔喷管的流动特点及其计算方法，实际上的多维粘性流动要复杂得多。
在实际流动中，当气流在喷管内加速时，最大速度点最先出现在喉部壁面的凸点处。
随着的逐渐下降，在凸点附近逐渐形成局部超声速区，如图7.14（a）所示。
若继续下降，则超声速区继续扩大，会在凸点附近
下游局部产生尾激波如图7.14（b）所示。
这是由于随着局部超声速区受到下游亚声速流动的压缩而产生的。
由于上下壁面的对称性，上下壁面的超声速区逐步相连，形成一个连接亚声速区与超声速区的分界面即声速线 A-A,同时上下壁面产生的尾激波也连接在一起，最终形成一道正激波如图7.14（c）所示。
图 7.14 拉法尔喷管内声速线和激波的形成
7.3.3 拉伐尔喷管计算
拉伐尔喷管内的流动计算一般有两类：一类是正问题，即给定喷管面积比、反压与总压之比和总温，需要计算喷管内的流动状态及参数。
这类问题求解步骤是首先按面积比公式确定三个特征压强比；其次根据给定的与三个特征压强比相比较，从而判别实际的流动状态。
最后根据流动状态的特点进行计算。
第二类是逆问题，即给定喷管出口，需确定面积比和反压比。
若通常不需采用拉伐尔喷管，利用收缩喷管即可达到要求。
若，此时喉部必然是临界截面，即，而且扩张段没有激波。
可以使用等熵面积比公式（ 7.16 ）确定喷管的面积比，由
可以计算出。
根据要求的马赫数分布，可以由式（ 7.16 ）确定整个喷管的截面积分布。
【例】已知某拉伐尔喷管最小截面面积，出口截面面积。
喷管周围的大气压强，气源的温度，当气源的压强时，求⑴喷管出口处空气的数和空气的流量；
⑵若管中有激波，求激波的位置。
解：这是一个正问题，需要先确定三个特征压强比。
首先由面积比公式
，查气动函数表得，，
，其次求激波在出口截面时的压强比。
由查正激波表得，因此有
再求，它对应于出口截面和扩张段是亚声速气流，但喉部是处于临界状态的流动，所以仍可用面积比公式求出。
查气动函数表得，。
根据
，又由于，所以喷管扩张段内有激波。
⑴计算出口和通过喷管的流量
对喉部及出口运用连续方程
由于出口为亚声速流动，所以
故得
查表得，，因为，所以通过喷管的流量为
⑵确定激波位置及出口截面速度与总压
设激波位于扩张段某处，其所在面积为，如图 7.15 所示。
由⑴已求出，所以由，查气动函数表得。
对喉部及出口运用连续方程
得总压恢复系数
由查正激波表得激波前的马赫数，由气动函数表查得。
对喉部及激波前运用连续方程
得
所以激波所处的面积。
图 7.15 确定激波所在位置
还可以求出出口截面的其它参数如、等，留给读者自已完成。
【例】一等截面直管后接一拉伐尔喷管，如图 7.16 所示，已知直管的截面积为，拉伐尔喷管入口处的压强，温度，马赫
数，喷管出口处的马赫数，不计摩擦损失，求喷管喉部面积及出口面积，并计算喉部及出口截面的压强、温度和速度。
图 7.16 拉伐尔喷管计算中的逆问题
解：这是一个逆问题。
因为故喉部是临界截面，即，，故
喉部和喷管进口运用连续方程
又不计摩擦损失，绝能等熵流动，，，由
查气动函数表得。
所以
喉部与喷管出口运用连续方程 , 且由于流动为绝能等熵的，由, 查表得，故
喉部气流参数为
喷管出口气流参数
由，查气动函数表得，，，故。