Was ist eine Düsenverstopfung?

Düse verstopft entsteht, wenn die Strömungsgeschwindigkeit am Düsenhals die Schallgeschwindigkeit erreicht. An diesem Punkt ist das kritische Druckverhältnis der Düse erreicht und der Massenstrom durch die Düse kann nicht mehr durch eine weitere Erhöhung des Vordrucks erhöht werden.

Eine Verstopfung kann bei jedem Düsentyp auftreten, am häufigsten tritt sie jedoch bei konvergenten Düsen auf, bei denen es sich um Düsen handelt, deren Querschnittsfläche in Strömungsrichtung abnimmt. In einer konvergenten Düse nimmt die Strömungsgeschwindigkeit mit abnehmender Querschnittsfläche zu und der Druck sinkt. Je näher die Strömungsgeschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit kommt, desto schneller nimmt der Druck ab. Dadurch erhöht sich die Machzahl (das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit zur Schallgeschwindigkeit). Wenn die Machzahl 1 erreicht, spricht man von einer verstopften Düse.

Das kritische Druckverhältnis für eine Düse ist das Verhältnis des Vordrucks zum Druck am Düsenhals, wenn die Düse verstopft ist. Das kritische Druckverhältnis ist eine Funktion des spezifischen Wärmeverhältnisses des durch die Düse strömenden Gases. Für ein perfektes Gas ist das kritische Druckverhältnis gegeben durch:

„

PRc =[(k+1)/2]^(k/(k-1))

„

Wo:

* PRc ist das kritische Druckverhältnis

* k ist das spezifische Wärmeverhältnis

Für Luft beträgt das spezifische Wärmeverhältnis etwa 1,4 und das kritische Druckverhältnis etwa 0,528.

Eine Verstopfung kann mehrere Auswirkungen auf den Durchfluss durch eine Düse haben. Erstens kann es dazu führen, dass die Strömung instabil wird, was zu Lärm und Vibrationen führen kann. Zweitens kann es den Massendurchfluss durch die Düse verringern, was sich auf die Leistung des Systems auswirken kann, in dem die Düse verwendet wird. Drittens kann es dazu führen, dass sich die Strömung von den Wänden der Düse löst, was zu einer Beschädigung der Düse führen kann.