拉伐尔喷管（de Laval nozzle, 亦称渐缩渐阔喷管，convergent-divergent nozzle、CD nozzle或con-di nozzle）是一个中间收缩、不对称沙漏状的管子。借由将流体的热能转化为动能，可将通过它的热压缩气体加速到超音速。气体在截面积最小处恰好达到音速。 被广泛用作蒸汽涡轮机及火箭发动机喷管，亦可见于超音速喷气发动机。 类似的流动性质已经应用于天体物理学中的喷射流。

简介

拉伐尔喷管（de Laval nozzle, 亦称渐缩渐阔喷管，convergent-divergent nozzle、CD nozzle或con-di nozzle）是一个中间收缩、不对称沙漏状的管子。借由将流体的热能转化为动能，可将通过它的热压缩气体加速到超音速。气体在截面积最小处恰好达到音速。 被广泛用作蒸汽涡轮机及火箭发动机喷管，亦可见于超音速喷气发动机。 类似的流动性质已经应用于天体物理学中的喷射流。

历史

公元1888年，由瑞典发明家Gustaf de Laval开发，并使用在蒸汽涡轮机上。

最早被罗伯特·戈达德用作火箭发动机，大多数使用高温燃烧气体的现代火箭发动机都使用拉伐尔喷管。

运作

其操作有赖于次音速和超音速气体的不同特性。 如果由于质量流量不变而管道变窄，则次音速气体流速将会增加。 通过拉伐尔喷管的气流是等熵的（气体熵几乎不变）。在次音速流中，气体是不可压缩的，声音会通过它传播。 在横截面面积最小的喉部，气体速度局部达到声速（马赫数= 1.0），这种状况称为阻流。 随着喷管横截面积的增加，气体开始膨胀，气流加速到超音速，在那里声波不会通过气体向后传播（马赫数> 1.0）。

运作情况

只有在通过喷管的压力和质量流量足以达到音速的状况下，拉伐尔喷管会在喉部产生阻流现象。若是没有达到条件，则不会有超音速气流产生，此时运作方式较接近文氏管。这要求喷管的入口压力始终显著高于环境压力（亦即喷流的静止压力必须高于环境压力）。

另外，喷管出口处的气体压力不能太低。出口压力虽然可以低于其排出的环境压力，但是如果低得太超过，那么气流将不再为超音速，或者将在喷管的扩张部剥离，形成喷管内的紊流，产生侧向推力并可能损坏喷管。

实务上，环境压力必须低于出口处超音速气流压力大约2-3倍，气体才能离开喷管。

气流状态分析

通过拉伐尔喷管的气流分析涉及许多概念和假设：

为简单起见，气体被认为是理想的气体

气体流动是等熵过程。在此假设下，流动是可逆的（无摩擦及消耗），并且绝热（即没有获得或失去热量）

在推进剂燃烧期间气流稳定且恒定

气流方向沿着一条从气体入口到废气出口的直线（即，沿着喷管的对称轴线）

气流行为是可压缩的，因为有着极高的流速（马赫数> 0.3）1

本词条内容贡献者为:

武伟 - 高级工程师 - 天津直升机有限责任公司

拉伐尔喷管

图文简介

拉伐尔喷管（de Laval nozzle, 亦称渐缩渐阔喷管，convergent-divergent nozzle、CD nozzle或con-di nozzle）是一个中间收缩、不对称沙漏状的管子。借由将流体的热能转化为动能，可将通过它的热压缩气体加速到超音速。气体在截面积最小处恰好达到音速。 被广泛用作蒸汽涡轮机及火箭发动机喷管，亦可见于超音速喷气发动机。 类似的流动性质已经应用于天体物理学中的喷射流。