1樓：拉瓦爾管
看起來很簡單卻有深刻科學內涵的東西......
就不得不說一下「拉瓦爾管」啦！
沒錯，就是我起名的由來。
先來看一下拉瓦爾管的構造：
以下從三個方面來介紹：
1、 什麼是拉瓦爾管；
2、 拉瓦爾管的原理；
3、 拉瓦爾管的應用。
1、什麼是拉瓦爾管
我們知道熱能或者壓力能夠轉化成動能，進而產生高速氣流，但是如果要產生超音速氣流，就不是那麼容易了。
首先我們要知道為什麼需要高速氣流甚至超音速氣流呢，
追溯到十九世紀末葉，那時的往復式蒸汽機已經相當成熟
當時有人想用蒸汽來推動蒸汽渦輪機，此時就需要高速氣流來推動，而且流速越高越好。但是當時人們缺乏一定的理論經驗與指導，因此一直未能獲得超音速氣流。
直到2023年，一位來自瑞典的工程師成功解決了這一問題。他設計了一種先收縮後擴張的管道，成功地獲得了超音速氣流，並應用在他所發明的汽輪機中。
這位工程師名叫拉瓦爾，因此後人將這種先收縮後擴張的管道叫做拉瓦爾管。
2、 拉瓦爾管的原理
為什麼拉瓦爾管能產生超音速氣流呢？為什麼管道的面積是先縮小後擴張呢？如果先擴張再縮小還能不能產生超音速氣流呢？
為了搞懂這些問題，我們首先需要了解氣流高速流動時流管截面面積與流速之間的關係。
考慮空氣的可壓縮性（氣流高速流動時不能忽略空氣的壓縮性）從氣流流動的最基本規律（連續性方程和能量方程）出發，可以得到下面的公式：
其中：A表示流管截面面積，v表示氣流流速，M表示馬赫數。
我們不需要知道這個公式怎麼來的（因為我也不知道怎麼來的…）
我們只需要知道，由這個公式可得：
當M<1時（對應亞音速氣流），流管截面面積與流速之間成反比，即流管收縮，流速增加；流管擴張，流速減小。
當M>1時（對應超音速氣流），流管截面面積與流速之間成正比，即流管擴張，流速增加；流管收縮，流速減小。
我們可以將上述規律歸納如下表：
流管形狀
亞音速氣流（M<1）
超音速氣流（M>1）
收縮型流速增大
流速減小
擴張型流速減小
流速增大
在亞音速氣流中，密度的相對變化量較速度的相對變化量小；而在超音速氣流中，密度的相對變化量較速度的相對變化量大。在M數較小時，密度的變化量可忽略不計，此時起到主要變化的是速度的變化量；而M數較大時，速度的變化量可忽略不計，此時起到主要變化的是密度的變化量。
根據連續性方程ρvA為常數，速度增大時，截面面積減小；密度減小時（密度隨速度增大而減小），截面面積又增大。
在亞音速時，速度的變化對截面面積起主要作用，因此需要收縮流管以增大流速；而在超音速時，密度的下降對截面面積起主要作用，因此需要擴張流管以增大流速。
綜上所述，為了產生超音速氣流，流管截面應設計如下圖所示：
這種先收縮後擴張的管道即為拉瓦爾管。
3、 拉瓦爾管的應用
拉瓦爾管目前廣泛應用於航空發動機和火箭發動機上。
作為發動機推力室的一種重要組成部分，拉瓦爾管效能的好壞能夠對裝置的整體效能產生重大的影響。
在超音速戰鬥機中，拉瓦爾管主要通過流管截面面積先收縮後擴張的幾何結構使管內燃氣流速從亞音速加速到超音速，高速燃氣的噴出產生推力；
在火箭發動機中，其還可以通過控制噴管的喉部面積來實現對燃氣流量的控制，確保燃氣室內所需壓強滿足要求。
而在飛彈發動機中，拉瓦爾管還能夠實現推力大小和方向的調節與控制。
2樓：開穹
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3樓：孫文逸
看過這麼乙個說法：
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從陶瓷到晶元再到太空漫遊2001的石碑
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