un canal închis, de formă specială, conceput pentru a accelera lichidele sau gazele până la o anumită viteză și pentru a imprima o anumită direcție fluxului. Duzele sunt folosite și ca mijloc de obținere a jeturilor de gaze sau lichide. Secțiunea transversală a duzei poate fi dreptunghiulară (duză bidimensională), circulară (duză axisimetrică) sau de altă formă (duză spațială).
Într-o duză, viteza v a lichidului sau a gazului crește continuu în direcția curgerii de la o valoare inițială v0 la intrare până la o viteză maximă v = va la ieșire. În virtutea principiului conservării energiei, pe măsură ce viteza v crește într-o duză, are loc o scădere continuă și simultană a presiunii și temperaturii de la valorile inițiale p0 și T0 la valorile minime pa și Ta în zona de evacuare. Astfel, pentru ca curgerea să aibă loc într-o duză este necesară o anumită cădere de presiune, adică trebuie să fie îndeplinită condiția p0 > pa. Atunci când T0 este mărită, viteza în toate secțiunile unei duze crește din cauza energiei potențiale inițiale mai mari. Atâta timp cât viteza de curgere nu este prea mare, modificările corespunzătoare ale presiunii și temperaturii în duză sunt mici; prin urmare, proprietatea de compresibilitate – capacitatea unui lichid sau a unui gaz de a suferi o modificare de volum ca răspuns la aplicarea unei presiuni sau la o modificare a temperaturii – nu se manifestă și este posibil să se facă abstracție de orice variație a densității p a mediului care curge, adică să se considere că densitatea este constantă. În aceste condiții, o duză trebuie să aibă o formă convergentă dacă se dorește o creștere continuă a vitezei, deoarece, în virtutea ecuației de continuitate ρvF = const, aria F a secțiunii transversale a duzei trebuie să scadă în mod invers proporțional cu creșterea vitezei. Cu toate acestea, la o creștere suplimentară a lui v, compresibilitatea mediului începe să se manifeste, iar densitatea scade în direcția de curgere. În consecință, constanța produsului celor trei factori pvF în aceste noi condiții depinde de viteza cu care p scade pe măsură ce v crește. Atunci când v < a, unde a este viteza locală de propagare a sunetului în mediul în mișcare, viteza cu care densitatea unui gaz scade rămâne în urma vitezei cu care crește viteza și, prin urmare, pentru a asigura accelerația, adică pentru a crește v, F trebuie să scadă (figura 1) în ciuda scăderii densității (ajutaj subsonic). Dar în cazul accelerării până la viteze v > a, densitatea scade mai rapid decât crește viteza; prin urmare, în partea supersonică devine necesară creșterea suprafeței F (duza supersonică). Astfel, o duză supersonică, care este cunoscută și sub numele de duză Laval, are atât o secțiune convergentă, cât și o porțiune divergentă (figura 2). Variația vitezei prin duză depinde de variația ariei secțiunii transversale F în funcție de lungime.
Presiunea în zona de refulare a unei ajutaje subsonice este întotdeauna egală cu presiunea pm a mediului înconjurător la ieșire (pa = pm). Presiunile sunt egale deoarece orice abatere se manifestă sub forma unor perturbații care se propagă în interiorul ajutajului cu o viteză egală cu cea a sunetului și determină o rearanjare a curgerii care egalizează presiunea în zona de evacuare a ajutajului. Atunci când p0 crește, iar pm rămâne constantă, viteza va în zona de descărcare a unei duze subsonice crește mai întâi, dar după ce p0 atinge o anumită valoare, viteza devine constantă și nu se modifică atunci când p0 crește în continuare. Acest fenomen se numește curgere de criză în ajutaj. Odată cu apariția curgerii de criză, viteza medie a descărcării dintr-o duză subsonică este egală cu viteza locală a sunetului (va = a) și se numește viteză critică de descărcare. Duza subsonică se transformă într-o duză sonică. În acest caz, toți parametrii gazului din zona de descărcare a duzei sunt, de asemenea, descriși ca fiind critici. Pentru ajutajele subsonice cu un contur neted, raportul de presiune critică la evacuarea aerului și a altor gaze diatomice este (P0/pm)cr ≈ 1,9.
Într-o duză supersonică, secțiunea cea mai îngustă este descrisă ca fiind critică. Viteza relativă va/a în zona de refulare a unei duze supersonice depinde numai de raportul dintre suprafața de refulare Fa și suprafața secțiunii critice Fa și, în limite largi, este independentă de variațiile presiunii p0 în partea frontală a duzei. În consecință, prin variația suprafeței secțiunii critice Fcr cu un dispozitiv mecanic, în timp ce suprafața Fa rămâne neschimbată, este posibil să se modifice va/la. Duzele reglabile utilizate în tehnologie care permit variația vitezei de descărcare a gazelor se bazează pe acest principiu. Presiunea din zona de refulare a unei duze supersonice poate fi egală cu presiunea mediului înconjurător (pa = pm), iar un regim de curgere de acest tip se numește curgere de proiectare; atunci când presiunile nu sunt egale, regimul se numește curgere în afara proiectului. Spre deosebire de o duză subsonică, perturbațiile de presiune atunci când pa± pm, care se propagă cu viteza sunetului, se află în curgerea supersonică și nu pătrund în duza supersonică; prin urmare, presiunea pa nu este egalizată cu pm. Regimurile în afara proiectului sunt caracterizate prin formarea de unde de rarefiere când pa > pm și de unde de șoc când pa < pm. Atunci când curgerea trece printr-un sistem de astfel de unde în afara duzei, presiunea devine egală cu pm. Atunci când presiunea din atmosferă depășește cu mult presiunea din zona de refulare a duzei, undele de șoc se pot deplasa în interiorul duzei, iar atunci creșterea continuă a vitezei în partea supersonică a duzei este perturbată. O scădere bruscă a presiunii și a temperaturii unui gaz într-o duză supersonică poate duce, în funcție de compoziția mediului care curge, la apariția unor procese fizico-chimice precum reacții chimice, transformări de fază și tranziții termodinamice de non-echilibru. Aceste procese trebuie luate în considerare la calcularea debitului de gaz în ajutaj.
Autobuzele sunt utilizate pe scară largă în tehnologie, de exemplu, în turbine cu abur și cu gaz, motoare de rachetă, motoare cu reacție cu aer comprimat, lasere cu gaz, echipamente utilizate în dinamica magnetogazului, tuneluri aerodinamice, bancuri de testare utilizate în dinamica gazelor, dispozitive cu jet și debitmetre. De asemenea, acestea sunt utilizate în crearea de fascicule moleculare, în ingineria chimică și în diferite tipuri de procese de sablare. Duza trebuie să fie proiectată pentru a îndeplini funcția tehnică specifică. De exemplu, duzele pentru tuneluri aerodinamice trebuie să asigure un flux de gaz uniform și paralel în zona de refulare, în timp ce duzele utilizate în motoarele de rachetă trebuie să se asigure că impulsul fluxului de gaz în zona de refulare este cât mai mare posibil pentru dimensiunile date. Aceste și alte specificații tehnice au determinat o dezvoltare viguroasă a teoriei ajutajelor, care studiază prezența în fluxul de gaz a particulelor lichide și solide, precum și procese precum reacțiile chimice în afara echilibrului și transferul de energie radiantă. Calculatoarele au fost utilizate pe scară largă în această lucrare, atât pentru a determina designul ajutajelor, cât și pentru a dezvolta metode experimentale complexe de investigare a ajutajelor.
.