Animation Strömung Sprungdüse

Wenn sich der Strömungsquerschnitt entlang der Strömungsrichtung durch ein Bauteil verkleinert, spricht man von einer Düse. Durch die Verjüngung des Querschnitts folgt aus der Kontinuitätsgleichung, dass die Geschwindigkeit zunimmt. Aufgrund der Energieerhaltung sinkt der statische Druck des Fluids. Das beschreibt die grundlegende Funktionsweise der Düse.

Auf Grund der schlagartigen Verjüngung des Querschnitts bei der Sprungdüse entsteht durch die scharfen Kanten beim Übergang vom großen zum kleinen Querschnitt ein Strömungsabriss und ein daraus resultierendes Totwassergebiet. Auch dieses Totwassergebiet wirkt auf das Fluid wie eine Berandung und der Strömungsquerschnitt wird zusätzlich verjüngt. Dieser Effekt beschleunigt das Fluid zusätzlich. Durch steigende Anströmgeschwindigkeit wächst das Totwassergebiet an der Abrisskante an. Dadurch wird die zusätzliche Kontraktion des Strömungsquerschnitts und das Fluid wird stärker beschleunigt, wie in der Animation zu sehen ist. Im Nachlauf löst sich das Totwassergebiet auf. Der Strömungsquerschnitt gleicht sich auf den geometrischen Querschnitt an. Die Strömungsgeschwindigkeit wird verzögert. Dieses Phänomen tritt nur bei schlagartiger Querschnittsveränderung mit Abrisskante auf und führt zu zusätzlichen Druckverlusten.

Zur Quantifizierung wird eine dimensionslose Größe definiert, die Kontraktionszahl. Anders als für den Sprungdiffusor liegt keine analytische Lösung vor. Es liegen empirische Formeln für die Kontraktion und Werte von Geschwindigkeitsfeldern vor.