Düse

Unterschied des Querschnitts zwischen Über- und Unterschall

Eine Düse, von frühneuhochdeutsch „Tüsel“ für die Mündung eines Blasebalgrohrs, ist eine röhrenförmige technische Vorrichtung. Diese kann auf ihrer gesamten Länge die gleiche Querschnittsfläche haben, sich erweitern, verjüngen oder weitere komplexe Formen aufweisen. Durch eine Düse kann

werden.

Umgangssprachlich spricht man auch beim sichtbaren Heckteil einer Flugzeugturbine von einer Düse - und daher von einem Düsenflugzeug.

Konfusor / Diffusor

Ein Konfusor (Düse) ist das Gegenstück eines Diffusors. In einem Konfusor erhöht sich die Geschwindigkeit des Fluids (flüssig oder gasförmig), im Gegensatz zum Diffusor, in dem das durchströmende Fluid abgebremst wird. Die Geometrie von Konfusor und Diffusor hängt dabei von der Geschwindigkeit des strömenden Fluids ab. Während bei Unterschallgeschwindigkeit ein sich verjüngender Querschnitt als Konfusor und ein sich erweiternder Querschnitt als Diffusor wirkt, ist die Beziehung bei Überschallgeschwindigkeit umgekehrt.

Anwendungsbeispiele

Spinndüsen

Spinndüsen sind meist runde oder eckige Platten aus Glas, Metall oder Keramik mit mehreren, gleichgroßen Offnungen. Manchmal haben sie auch die Form von Zylindern oder Kegeln. Sie sollen die Spinnmasse in gleiche Spinnschmelze- bzw. Spinnlösungsstrahlen aufteilen.

Turbinentriebwerk

Ein komplexes Anwendungsbeispiel für eine Düse ist das Turbinentriebwerk in einem Strahlflugzeug. Die Luft darf die inneren Bauteile nur im Unterschallbereich umströmen, da es sonst zu einem Strömungsabriss an den Schaufeln der Rotoren und Statoren kommen würde. Der Brennkammer würde in diesem Fall nicht genug Sauerstoff zugeführt werden und der Antrieb ausfallen. Um dies zu verhindern, schaltet man für den Überschallflug einen Diffusor vor das Triebwerk. Vor dem Austritt des Luftstromes muss dieser wieder auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden. Das geschieht mit Hilfe der Düse.

Für Triebwerke mit einem Nachbrenner werden verstellbare Düsen oder Konvergent/Divergent-Systeme eingesetzt. In einer Düse stellen nicht nur der Querschnitt und die Fließgeschwindigkeit, sondern auch die Dichte bzw. der kinetische Druck des Fließmediums eine Kennzahl dar. Diese Kennzahlen sind proportional voneinander abhängige Werte. Daraus ergibt sich, dass sich die Querschnittsfläche der Düse im Überschallbereich vergrößern statt verringern muss, um eine höhere Fließgeschwindigkeit zu erreichen.

Der mathematische Zusammenhang lässt sich mit Hilfe der Rankine-Hugoniot-Gleichung (Flächen-Geschwindigkeits-Beziehung) erklären:

{\frac  {{\mathrm  d}u}{u}}={\frac  {-{\mathrm  d}A}{A}}{\frac  {1}{1-Ma^{2}}}
Düse eines Raketentriebwerks

Die auf dem Bild sichtbare Düse des Raketenantriebes wird „von oben nach unten“ durchströmt und stellt ein Beispiel für eine hypersonische und somit divergente Düse dar.

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Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung:  Jena, den: 31.05. 2017