ノズル

ロケットエンジンのノズル

ノズルから水が噴出している様子

ノズル（Nozzle）とは、ガスや液体と言った流体の流れる方向を定めるために使用されるパイプ状の機械部品。ノズルは流れるものの流量、流速、方向、圧力と言った流体の持つ特性をコントロールするために幅広く使用される。

役割

高速度ノズル

一般に、ノズルは内部エネルギーを犠牲にする代わり、運動エネルギーを増加させる事に用いられる。

ノズルは「コンバージェント」（流体が進むにつれ、直径が小さくなっていく）あるいは「ダイバージェント」（流体が進むにつれ、直径が大きくなっていく）型として分類できる。de Laval nozzleは、コンバージェント部に続いてダイバージェント部を持っており、しばしばコンバージェント・ダイバージェント・ノズルと呼ばれる。

コンバージェント・ノズルは流体を加速させる。ノズルの圧力比が十分に高ければ、流速はノズルのもっとも狭い部分で音速に達する。このような場合、ノズルはchokedであるという。

ここでノズルの圧力比をより大きくしても、ノズルのもっとも狭い部分での流速はマッハ1のまま変わらない。流体はノズルを出た後に自由膨張して音速を突破する。

ダイバージェント・ノズルは、流速が亜音速である場合、流速をさらに落とす。しかし、音速に達している流体や超音速の流体に対しては、さらに流速を高める。

このため、Convergent-divergent nozzlesは、chokeによって音速に達した流体を、超音速に加速することができる。このCDプロセスはコンバージェント・ノズルの超音速性能を劇的に改善する。

排気速度は対気速度以上でなければならないので、超音速航空機は、重量およびコストの超過を承知の上で、コンバージェント・ダイバージェント・ノズルを備えるのが普通である。戦闘機やSST（例：コンコルド） のような航空機が使用する超音速ジェット・エンジンは高いノズル圧力比を持っている。一方、亜音速ジェットエンジンの排気速度は低く、亜音速の排気しか要求されない。そしてそれほど高くないノズル圧力比をもっており、単純なコンバージョン・ノズルを使う。

Rocket motors use convergent-divergent nozzles, to maximise thrust and exhaust velocity and thus extremely high nozzle pressure ratios are employed.

Note that the Mach 1 can be a very high speed for a hot gas; since heat significantly raises the speed of sound. Thus the absolute speed reached at a nozzle throat can be far higher than the speed of sound at sea level. This fact is used extensively in rocketry where hypersonic flows are required.

Pipe Nozzles

Pipe nozzles are typically connections to tanks or pumps. They have characteristic entrance and exit pressure losses for fluid flow and have inherent structural features with respect to the tank, pump or equipment to which they are attached. Specific characteristics of entrance and exit losses can be found in the Crane "Flow of Fluids" Technical Paper No. 410 (often referred to as the Crane 410, see link: http://www.tp410.com/). Pipe nozzles may be flanged, butt weld end, or threaded connections. They typically have a load limit (force and stress) which is calculated in a finite element analysis program such as Caesar II or ANSYS.

磁気ノズル

磁気ノズルはプラズマの制御技術として考え出されたノズルである。

プラズマはプラズマ全体で見れば電気的に中性であるが、ミクロ的に見ると電離したイオンや自由電子、すなわち荷電粒子の集まりであり、それらが不規則に飛び回っている。ここに磁場をかけるとローレンツ力によって荷電粒子の流れが整えられる。さらに磁場を変化させることによってその流れの向きを変化させられる。これが磁気ノズルの動作原理である。

これは核融合炉や核融合ロケットを制御するための研究が進められている。

Spray nozzles

Many nozzles atomise liquids. Often this involves Venturi tubes.

These kinds of nozzles are used for spray painting, perfumes, carburettors for internal combustion engines, spray on deodorants, antiperspirants and many other uses.

Air-Aspirating Nozzle-uses an opening in the cone shaped nozzle to inject air into a stream of water based foam (CAFS/AFFF/FFFP) to make the concentrate "foam up". Most commonly found on foam extinguishers and foam handlines.

Shaping nozzles

Some nozzles are shaped to produce a stream that is of a particular shape. For example Extrusion molding is a way of producing lengths of metals or plastics or other materials with a particular cross-section. These nozzles are typically referred to as a die.

Other meanings

In some areas of Scotland, the nozzle can refer to the nose.

It can also be used as an insult meaning something between 'jerk' and 'idiot'. This use was made popular by the character Al Calavicci on the science-fiction television show Quantum Leap.

関連項目

• スプレー
• ロケット