[拼音]:lawaˊerguan
[外文]:Laval nozzle
一种先收缩后扩张、用以产生超声速气流的管道,形状如图上部所示,管的横截面为圆形或矩形。1883年,瑞典工程师C.G.P.de拉瓦尔在他发明的汽轮机中,首先使用这种管道,因而得名。拉瓦尔管广泛使用于超声速风洞(见风洞)、喷气发动机、汽轮机、火箭推进器等需用超声速气流的设备中。
拉瓦尔管的原理可用一维定常等熵流动理论来解释。该理论证明:亚声速气流在收缩管中加速,在扩张管中减速;超声速气流则相反,在收缩管中减速,在扩张管中加速。拉瓦尔管在正常工作状态下,亚声速气流在收缩段加速,至喉道(即管中横截面最小处)达到声速,进入扩张段成为超声速流,然后继续加速,直到管出口为止。
拉瓦尔管的工作状态由工作压强比(简称压强比)λ决定。压强比等于拉瓦尔管入口压强p0(又称前室压强)和出口外压强(又称反压)pe之比。随着压强比从小到大的变化,拉瓦尔管内的流动状态也发生变化。拉瓦尔管的工作状态在理论上可分为下述六种(沿管轴x方向气体压强的分布见图下部,pe1、pe2、pe3为由实验确定的不同数值的反压):
(1)当压强比λ<p0/pe1时,整个拉瓦尔管内为亚声速流,压强分布曲线为A┡A。
(2)当压强比λ=p0/pe1时,喉道截面处流动达到声速,其余各截面皆为亚声速,压强分布曲线为A┡B┡B。
(3)当压强比为p0/pe1<λ<p0/pe2时,喉道下游有一段超声速区,末端有激波,压强分布曲线为A┡B┡CDE。反压降低,激波后移。
(4)当压强比为p0/pe2≤λ<p0/pe3时,扩张段内全部为超声速流,管口有激波。管内压强分布曲线为A┡B┡CF,压强pF低于反压,在出口处激波使气流压强增高到等于反压,整个压强变化曲线为A┡B┡CFH(若λ=p0/pe2,管内压强变化曲线为A┡B┡CFG)。这种工作状态通常称为过膨胀工作状态。
(5)λ=p0/pe3称为设计压强比,满足设计压强比时,拉瓦尔管扩张段内为超声速流,管内压强分布同状态④一样,出口处气流压强恰好等于反压,无激波也无膨胀波。这种工作状态称为设计工作状态。
(6)当压强比λ>p0/pe3时,管内流动和压强分布都同设计工作状态一样,但出口处气流压强高于反压,经膨胀波降到同反压相等,这种工作状态,通常称为欠膨胀工作状态。
![图](/d/bkimg/2022110806/1ykdalnkfvd.webp)
拉瓦尔管的壁面形状通常按二维等熵流动或轴对称流理论计算。