een speciaal gevormd gesloten kanaal, ontworpen om vloeistoffen of gassen te versnellen tot een bepaalde snelheid en om een bepaalde richting aan de stroom te geven. Spuitkoppen worden ook gebruikt als een middel om gas- of vloeistofstralen te verkrijgen. De doorsnede van de straalpijp kan rechthoekig zijn (tweedimensionale straalpijp), cirkelvormig (asymmetrische straalpijp), of een andere vorm hebben (ruimtelijke straalpijp).
In een straalpijp neemt de snelheid v van de vloeistof of het gas voortdurend toe in de richting van de stroming, vanaf een beginwaarde v0 bij de ingang tot een maximumsnelheid v = va bij de uitgang. Krachtens het principe van behoud van energie is er, wanneer de snelheid v in een straalpijp toeneemt, een gelijktijdige voortdurende daling van de druk en de temperatuur van de beginwaarden p0 en T0 tot de minimumwaarden pa en Ta aan de uitstroomopening. Om stroming in een straalpijp mogelijk te maken is dus enige drukval noodzakelijk, dat wil zeggen dat aan de voorwaarde p0 > pa moet worden voldaan. Wanneer T0 wordt verhoogd, stijgt de snelheid in alle secties van een straalpijp vanwege de hogere aanvankelijke potentiële energie. Zolang de stroomsnelheid niet te hoog is, zijn de druk- en temperatuurveranderingen in de straalpijp gering; de samendrukbaarheid – het vermogen van een vloeistof of gas om door druk of temperatuursverandering een volumeverandering te ondergaan – komt dus niet tot uiting en het is mogelijk de variatie in de dichtheid p van het stromende medium buiten beschouwing te laten, d.w.z. de dichtheid als constant te beschouwen. Onder deze omstandigheden moet een straalpijp een convergerende vorm hebben, indien een voortdurende toename van de snelheid gewenst is, omdat krachtens de continuïteitsvergelijking ρvF = const, de oppervlakte F van de straalpijpdoorsnede omgekeerd evenredig met de snelheidsstijging moet afnemen. Bij een verdere toename van v begint de samendrukbaarheid van het medium zich echter te manifesteren en neemt de dichtheid in de richting van de stroming af. Bijgevolg hangt de constantheid van het product van de drie factoren pvF onder deze nieuwe omstandigheden af van de snelheid waarmee p afneemt naarmate v toeneemt. Wanneer v < a, waarbij a de plaatselijke snelheid van de geluidsvoortplanting in het bewegende medium is, blijft de snelheid waarmee de dichtheid van een gas afneemt, achter bij de snelheid waarmee de snelheid toeneemt, en daarom moet, om versnelling te geven, d.w.z. om v te doen toenemen, F worden verminderd (figuur 1) ondanks de afname van de dichtheid (subsonische straalpijp). Maar bij een versnelling tot snelheden v > a neemt de dichtheid sneller af dan de snelheid toeneemt; daarom wordt het in het supersonische gedeelte noodzakelijk om de oppervlakte F te vergroten (supersonisch mondstuk). Een supersonisch straalpijp, ook wel Laval straalpijp genoemd, heeft dus zowel een convergent deel als een divergent deel (figuur 2). De snelheidsvariatie door de straalpijp hangt af van de variatie van de oppervlakte van de doorsnede F met de lengte.
De druk aan de uitlaatzijde van een subsonische straalpijp is altijd gelijk aan de druk pm van het omringende medium aan de uitgang (pa = pm). De drukken zijn gelijk omdat elke afwijking zich manifesteert als verstoringen die zich binnen de straalpijp voortplanten met een snelheid gelijk aan die van het geluid en een herschikking van de stroming teweegbrengen die de druk aan het uitblaasgebied van de straalpijp gelijk maakt. Wanneer p0 toeneemt en pm constant blijft, neemt de snelheid va aan de uitstroomopening van een subsonische straalpijp eerst toe, maar nadat p0 een bepaalde waarde heeft bereikt wordt de snelheid constant en verandert niet meer wanneer p0 verder wordt verhoogd. Dit verschijnsel wordt crisisstroming in de straalpijp genoemd. Wanneer de crisisstroming begint, is de gemiddelde snelheid van de uitstroom uit een subsonische straalpijp gelijk aan de plaatselijke geluidssnelheid (va = a) en wordt de kritische uitstroomsnelheid genoemd. De subsonische straalpijp wordt omgezet in een sonische straalpijp. Alle gasparameters in het uitblaasgebied van de straalpijp worden in dit geval ook als kritisch beschreven. Voor subsonische straalpijpen met een gladde contour is de kritische drukverhouding bij het uitstoten van lucht en andere diatomische gassen (P0/pm)cr ≈ 1,9.
In een supersonisch mondstuk wordt de smalste sectie als kritisch beschreven. De relatieve snelheid va/a in het uitblaasgebied van een supersonische straalpijp hangt alleen af van de verhouding tussen het uitblaasgebied Fa en het gebied van de kritische sectie Fa en is, binnen ruime grenzen, onafhankelijk van variaties in de druk p0 aan de voorkant van de straalpijp. Door het oppervlak van het kritische gedeelte Fcr met een mechanische inrichting te variëren terwijl het oppervlak Fa onveranderd blijft, is het derhalve mogelijk va/la te variëren. De verstelbare straalpijpen die in de technologie worden gebruikt om de uitstroomsnelheid van het gas te variëren, zijn op dit principe gebaseerd. De druk in het uitblaasgebied van een supersonisch mondstuk kan gelijk zijn aan de druk van het omringende medium (pa = pm), en een stromingsregime van dit type wordt de ontwerpstroming genoemd; wanneer de drukken niet gelijk zijn, wordt het regime de “off-design” stroming genoemd. In tegenstelling tot een subsonische straalpijp bevinden de drukstoringen wanneer pa± pm, die zich voortplanten met de geluidssnelheid, zich in de supersonische stroming en dringen niet door in de supersonische straalpijp; de druk pa is derhalve niet gelijk aan pm. Regimes buiten het ontwerp worden gekarakteriseerd door de vorming van rarefactie golven wanneer pa > pm en schokgolven wanneer pa < pm. Wanneer de stroming door een systeem van dergelijke golven buiten de straalpijp gaat, wordt de druk gelijk aan pm. Wanneer de druk in de atmosfeer veel hoger is dan de druk in het uitblaasgebied van de straalpijp, kunnen de schokgolven zich in de straalpijp verplaatsen, en dan wordt de voortdurende toename van de snelheid in het supersonische deel van de straalpijp verstoord. Een sterke daling van de druk en de temperatuur van een gas in een supersonisch mondstuk kan, afhankelijk van de samenstelling van het stromende medium, leiden tot het optreden van fysisch-chemische processen zoals chemische reacties, fasetransformaties en niet-evenwichtige thermodynamische overgangen. Met deze processen moet rekening worden gehouden bij de berekening van de gasstroom in de straalpijp.
Spuitkoppen worden op grote schaal gebruikt in de technologie, bijvoorbeeld in stoom- en gasturbines, raketmotoren, luchtstraalmotoren, gaslasers, apparatuur gebruikt in magnetogasdynamica, windtunnels, testbanken gebruikt in gasdynamica, straalapparaten, en debietmeters. Zij worden ook gebruikt bij het creëren van moleculaire stralen, in de chemische technologie en bij verschillende soorten straalprocédés. De straalpijp moet worden ontworpen om de specifieke technische functie uit te voeren. Zo moeten windtunnelstraalpijpen zorgen voor een gelijkmatige, parallelle gasstroom in het uitblaasgebied, terwijl de straalpijpen die in raketmotoren worden gebruikt, ervoor moeten zorgen dat het momentum van de gasstroom in het uitblaasgebied zo hoog mogelijk is voor de gegeven afmetingen. Deze en andere technische specificaties hebben geleid tot een krachtige ontwikkeling van de straalpijptheorie, die de aanwezigheid van vloeibare en vaste deeltjes in de gasstroom bestudeert, evenals processen als niet-evenwichtsreacties en de overdracht van stralingsenergie. Computers zijn uitgebreid gebruikt in dit werk, zowel om het ontwerp van straalpijpen te bepalen als om complexe experimentele methoden te ontwikkelen om straalpijpen te onderzoeken.