拉瓦尔管

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p(又称前室压强)和出口外压强(又称反压)p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，p、p、p为由实验确定的不同数值的反压)：①当压强比λ＜p/p时，整个拉瓦尔管内为亚声速流，压强分布曲线为AA。②当压强比λ=p/p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ABB。③当压强比为p/p＜λ＜p/p时，喉道下游有一段超声速区，末端有激波，压强分布曲线为ABCDE。反压降低，激波后移。④当压强比为p/p≤λ＜p/p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ABCF，压强p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ABCFH(若λ=p/p，管内压强变化曲线为ABCFG)。这种工作状态通常称为过膨胀工作状态。⑤λ＝p/p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＞p/p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。

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。