منفث

فوهة مياه (Water Nozzle)‏

فوهة رش محورية دوارة تستخدم لري المحاصيل

فوهة رش ذات نهاية بندقية تستخدم لري المحاصيل

الفوهة (Nozzle)‏ هي أداة صممت للتحكم في اتجاه و خصائص تدفق المائع, خاصة زيادة سرعته عند دخوله أو خروجه حيز مغلق أو أنبوب.
تكون الفوهة عبارة عن أنبوب متغير مساحة المقطع، و يمكن استخدامه في توجيه تدفق المائع (سائل أو غاز) أو تعديل مساره.
و تُستخدم الفوهات عادة للتحكم في معدل تدفق المائع و سرعته و اتجاهه و شكله و ضغط خروجه من الفوهة. على سبيل المثال في فوهة السرعة (Speed Nozzle)‏ يتم زيادة سرعة المائع بينما ينخفض ضغطه طبقا لقانون برنولي.

الأنواع

المنفث

يطلق اسم المنفث (Jet)‏ على تدفقات المائع سواء سائل أو غاز من فتحات صغيرة، و تعمل فوهة نفث المائع على إخراج المائع إلى الوسط المحيط في شكل تدفقات متماسكة.
توجد أنواع عديدة من منافث المائع تختلف باختلاف تبعا لنوع المائع و الاستخدام، نذكر منها:

• فوهات نفث الغاز: تعتبر منافث الغاز (Gas Jets)‏ شائعة الاستخدام في مواقد الغاز و الأفران و ألات الشواء، كما أٌستخدمت منافث الغاز بغرض الإضاءة قبل اكتشاف التيار الكهربي.
• فوهات نفث وقود: تٌستخدم أنواع أخرى من منافث المائع في مكربن الهواء (Carburetor)‏ في محركات السيارات للتحكم في تدفق الوقود للمحرك من خلال فتحات دقيقة.
• فوهات نفث الماء و البخار: تٌستخدم أنواع منها في الجاكوزي و المنتجعات الصحية لنفث الماء و البخار.

و هناك نوع آخر من فوهات النفث هو المنفث الرقائقي (Laminar jet)‏ و هو منفث للماء و كما يتضح من اسمه فهو يعمل علي جعل تدفق المائع الخارج في شكل رقائقي و ذلك عن طريق تنظيم ضغطه و تدفقه، و يستخدم هذا النوع في النافورات ليعطي أفضل النتائج.

• منفث الرغوة (The foam jet)‏: هو نوع مختلف من فوهات النفث حيث يستخدم الرغوة بديلا عن السائل أو الغاز.
• منافث نفخ الهواء الساخن في الأفران: في أفران صهر المعادن و التشكيل تستخدم فوهات لنفخ الهواء الساخن إلى داخل الأفران و تسمى هذه الفوهات بأنابيب النفخ

( Tuyeres)‏

• فوهات توزيع الهواء: تُستخدم فوهات النفث أيضا في الغرف الكبيرة عندما تصبح ناشرات السقف ( ceiling diffusers)‏ غير عملية في توزيع الهواء في الغرفة، عندئذ تزود الناشرات بفوهات لنفث الهواء توضع جانب الحائط لتوزيع الهواء، و تٌسمى الناشرات حينها بالناشرات النفاثة (Jet diffusers)‏.

عندما تختلف درجة الحرارة بين الهواء المزود و هواء الغرفة، فإن الهواء المزود يتجه لأعلى لإمداد هواء ساخن أو يتجه لأسفل لإمداد هواء بارد.

فوهات السرعة المرتفعة

فوهة صاروخ

دائما ما يكون الهدف الأساسي للفوهة هو زيادة طاقة الحركة للمائع على حساب ضغط المائع و طاقته الداخلية, حيث تتحول طاقة السريان و الطاقة الداخلية للمائع إلى طاقة حركة.
و يمكن وصف الفوهات و تقسيمها من حيث الشكل إلى:

• فوهة متقاربة (convergent nozzle)‏: في هذا النوع يقل قطر الفوهة تدريجيا في اتجاه سريان المائع بحيث يكون قطر الخروج أقل من قطر الدخول.
• فوهة متباعدة(Divergent nozzle)‏: في هذا النوع يزيد قطر الفوهة تدريجيا في اتجاه سريان المائع بحيث يكون قطر الخروج أكبر من قطر الدخول.
• فوهة متقاربة متباعدة (convergent-divergent nozzle)‏: مثل فوهة دي لافال و تتكون هذه الفوهة من جزئين متصلين عبارة عن فوهة متقاربة يتبعها فوهة متباعدة.

تعمل الفوهات المتقاربة على زيادة سرعة المائع المتحرك بسرعة أقل من سرعة الصوت, و يصل إلى سرعة الصوت عند نقطة الخنق_أصغر مساحة مقطع للفوهة و تكون في نهاية الفوهة المتقاربة و بداية الفوهة المتباعدة_حيث رقم ماخ يساوي 1 و هي أقصى سرعة يمكن الوصول لها في الفوهة المتقاربة إذا كان ضغط المائع كبير بالدرجة الكافية.و تعرف الفوهة في هذه الحالة بأنها اختنقت أو أدت لاختناق المائع.
يدخل المائع إلى الفوهة المتباعدة ليتمدد و ينخفض ضغطه و تزداد سرعته أكثر لتصل إلى الفوق صوتية (Supersonic)‏.
العكس يحدث في الفوهة المتباعدة إن لم يصل المائع لسرعة الصوت عند نقطة الاختناق حيث تقل سرعته و يزداد ضغطه في الفوهة المتباعدة، و تعمل الفوهة المتباعدة هنا كأنها ناشر (Diffuser)‏ (لزيادتها ضغط المائع على حساب طاقة حركته).
و يمكن تلخيص ما سبق في أن الفوهات المتباعدة تبطئ سريان المائع إن كان يتحرك بسرعة أقل من سرعة الصوت و تسرع سريان المائع إن كان يتحرك بسرعة صوتية أو فوق صوتية.

تعتبر سرعة 1 ماخ عند نقطة الاختناق سرعة كبيرة جدا للغازات الساخنة حيث تتناسب سرعة الصوت مع الجذر التربيعي لدرجة الحرارة المطلقة.و تستخدم هذه الحقيقة في علم الصواريخ الذي يحتاج إلى تدفقات للمائع بسرعات فوق صوتية كبيرة جدا تصل إلى 5 ماخ (Hypersonic)‏و يتم اختيار مخاليط الوقود الدافع بحيث يعمل على زيادة السرعة الصوتية للمائع لتصل إلى السرعة اللازمة.

فوهة الدفع

طائرة الكونكورد الفوق الصوتية للنقل, تستخدم 4 محركات رولز رويس سنيكما أوليمبوس 593

تٌستخدم فوهة الدفع (propelling nozzle)‏ في الطائرات لتحويل الطاقة المتبقية في غازات العادم (خليط من الهواء و الوقود) _بعد خروجها من تربينة المحرك_ إلى طاقة حركة يستفاد بها في توليدة قوة دفع للطائرة.
لمعدل تدفق ما، تزداد قوة الدفع(Thrust)‏ بزيادة سرعة خروج غازات العادم, و تتحقق أقصى كفاءة بتثبيت سرعة دخول الهواء إلى محرك الطائرة، الأمر الذي لا يمكن تحقيقه عمليا نظرا لقوانين كمية الحركة.
تحقق دائما محركات الطائرات النفاثة الفوق صوتية (Supersonic jet aircraft)‏_مثل الطائرات المقاتلة و طائرات النقل الفوق الصوتية مثل الكونكورد_ سرعات خروج غازات العادم المرتفعة اللازمة للطيران بسرعة أكبر من سرعة الصوت باستخدام فوهة متقاربة متباعدة، برغم الوزن و التكاليف الزائدة.
على النقيض تحقق محركات الطائرات النفاثة الأقل من سرعة الصوت (Subsonic jet aircraft)‏ سرعات منخفضة نسبيا لخروج غازات العادم لذلك تستخدم فوهة متقاربة أو فوهة ذات نسبة إلتفافية ( Bypass nozzles)‏ عند السرعات الأقل.
تزيد محركات الصواريخ قوة الدفع و سرعات خروج غازات العادم إلى الحد الأقصى باستخدام فوهات متقاربة متباعدة ذات نسب مساحة_النسبة بين مساحتي مقطع الدخول و الخروج من الفوهة_ مرتفعة و لذلك تعمل عند نسب ضغوط مرتفعة جدا_النسبة بين ضغط الدخول و الخروج تكون مرتفعة جدا هنا للحصول على أكبر قدر من الطاقة_.

الفوهات المغناطيسية

أستخدمت أيضا الفوهات المغناطيسية (Magnetic nozzles)‏ لبعض أنواع الدفع، مثل الصواريخ المستخدِمة لمولدات البلازما النبضية المتغيرة(Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket )‏ حيث يتم توجيه تدفق البلازما باستخدام المجالات المغناطيسية بدلا من استخدام حوائط مادية صلبة كجوانب الفوهات العادية.

الفوهات البخاخة

تُستخدم الفوهات البخاخة(Spray nozzles)‏ لرش رذاذ صغير جدا من السائل، و من هذه الفوهات على سبيل المثال:

• فوهات المرذاذ (Atomizer nozzles)‏: تستخدم لرش الدهانات و العطور و الوقود في مكربن الهواء في محركات الإحتراق الداخلي و مضادات التعرق و الكثير من الاستخدامات المشابهة.
• فوهات حقن الهواء(Air-Aspirating Nozzle)‏: تستخدم فتحات في فوهات مخروطية الشكل لحقن الهواء

في سيل من الرغوة المائية لزيادة تركيز الرغوة, و تتواجد غالبا في طفايات الحريق ذات الرغوة.

• فوهات الدوامة (Swirl nozzles)‏: تعمل هذه الفوهات على حقن السائل مماسيا بحيث يتحرك في مسار دوراني ليخرج في النهاية من فتحة مركزية، و تعمل حركة السائل الدورانية على خروجه على هيئة رذاذ في شكل مخروطي.
• فوهات التشكيل (Shaping nozzles)‏: بعض الفوهات يتم تشكيلها لتخرج المادة المتدفقة خلالها بشكل معين. مثال على ذلك عمليات البثق و هي طريقة لإنتاج أطوال معينة من المعادن أو البلاستيك أو أي مواد أخرى بشكل مقطع معين. و تعرف الفوهة هنا بأنها الختم أي الجزء المسئول عن دفع المادة المتدفقة و إعطائها الشكل المناسب.

^[1][2]

مقالات ذات صلة

• فوهة دي لافال
• محركات صاروخية
• ألات توربينية

المراجع

موسوعات ذات صلة :

• موسوعة الفضاء
• موسوعة رحلات فضائية
• موسوعة طيران
• موسوعة طاقة