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Eine '''Düse''' (abgeleitet vom ''tüsel'', einem im 16. Jahrhundert in böhmischen Eisenhütten gebrauchten Gerät: eine „Röhre, durch die der Blasebalg in den Verhüttungsofen mündet“<ref>[[Friedrich Kluge]], [[Alfred Götze (Philologe)|Alfred Götze]]: ''[[Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache]].'' 20. Auflage. Hrsg. von [[Walther Mitzka]]. De Gruyter, Berlin / New York 1967; Neudruck („21. unveränderte Auflage“) ebenda 1975, ISBN 3-11-005709-3, S. 149.</ref>) ist eine Querschnittsverengung zur Beeinflussung der [[Strömungsmechanik|Strömung]] eines [[Fluid]]s beim Übertritt zwischen einem geschlossenen und einem freien Raum. Sie kann dabei beispielsweise den Ein- oder Ausgang einer Rohrleitung bilden. ''Siehe auch: [[Strömungen in Rohrleitungen]]''

Die Düse kann auf ihrer gesamten Länge die gleiche [[Querschnittsfläche]] haben, sich erweitern, verjüngen oder die Form ihres Querschnitts verändern. Die Düse verrichtet keine [[Arbeit (Physik)|Arbeit]], sondern wandelt zwischen Geschwindigkeit und statischem Druck.

Durch eine Düse kann
* ein Fluid entlang eines Druckgefälles beschleunigt,
* eine feste oder zähflüssige Masse geformt (siehe [[Extruder]]) oder
* eine flüssige Substanz [[Zerstäuben|zerstäubt]] oder
* ein Fluid in eine Rohrleitung eingesaugt werden (siehe [[Staubsauger]]).

Tritt eine Fluid von einem geschlossenen Raum in einen anderen geschlossenen Raum, so bezeichnet man eine dazwischenliegende Querschnittsverengung oft nicht als Düse, sondern als ''[[Drossel]], [[Blende]]'' oder ''[[Reduzierung]]''.

== Typen und Anwendungen ==

=== Spinndüsen ===
{{Hauptartikel|Spinndüse}}
Spinndüsen sind meist runde oder eckige Platten aus Glas, Metall oder Keramik mit mehreren, gleich großen Öffnungen. Manchmal haben sie auch die Form von [[Zylinder (Geometrie)|Zylindern]] oder [[Kegel (Geometrie)|Kegeln]]. Sie sollen die Spinnmasse in gleiche Spinnschmelze- bzw. Spinnlösungsstrahlen aufteilen.

[[Datei:Diffusor-düse.png|mini|Düse und [[Diffusor (Strömungsmechanik)|Diffusor]] bei Unterschall (oben) und Überschall (unten)]]

=== Düsen für 3D-Drucker (Nozzles) ===
[[File:3D printing calibration build plate first layer gap.png|thumb|Nozzle bzw. Düse für 3D-Druck: das Filament (blau) wird durch die heiße Düse (gelb) auf die Druckplatte (rot) gedrückt, danach wird der Druck Schicht für Schicht aufgebaut. Illustration der 3D-Druck-Kalibrierung der Bauplatte für die erste Schicht. Urheber: Stemfie3D]]
Im 3D-Druck werden spezielle Druckdüsen (Nozzles) für das FDM-Verfahren verwendet. Sie dienen zum Schmelzen des Druckfilaments und sorgen dafür, dass es gleichmäßig auf der Druckplatte gedruckt wird. Bei den meisten 3D-Druckern kann man die Druckdüse tauschen. Es gibt Düsen mit unterschiedlichen Maßen und Eigenschaften.<ref>[https://www.3djake.de/info/ratgeber/3d-drucker-nozzle-guide '''3D'''Jake, ''3D Drucker Nozzle Guide, Alles, was du über 3D Druckerdüsen wissen solltest'']</ref>

=== Konfusor / Diffusor ===
Ein Konfusor ist das Gegenstück eines [[Diffusor (Strömungsmechanik)|Diffusors]]. In einem Konfusor erhöht sich die Geschwindigkeit des Fluids (flüssig oder gasförmig), im Diffusor wird das durchströmende Fluid abgebremst. Die Geometrie von Konfusor und Diffusor hängt dabei von der [[Mach-Zahl]] des strömenden Fluids ab. Während bei Unterschallgeschwindigkeit ein sich verjüngender Querschnitt als Konfusor und ein sich erweiternder Querschnitt als Diffusor wirkt, ist die Beziehung bei Überschallgeschwindigkeit umgekehrt.

=== Turbinentriebwerk ===
Ein komplexes Anwendungsbeispiel für eine Düse ist das Strahltriebwerk in einem [[Strahlflugzeug]]. Die Luft darf die inneren Bauteile nur im [[Schallgeschwindigkeit|Unterschallbereich]] umströmen, da es sonst zu einem [[Strömungsabriss]] an den Schaufeln der [[Rotor]]en und [[Stator]]en käme. Der [[Brennkammer]] würde in diesem Fall nicht genug Sauerstoff zugeführt und der Antrieb ausfallen. Um dies zu verhindern, schaltet man für den [[Überschallflug]] einen Diffusor vor das Triebwerk. Vor dem Austritt des Luftstroms muss dieser wieder auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden. Das geschieht mit Hilfe der Düse.

In einer Düse stellen nicht nur der Querschnitt und die Fließgeschwindigkeit, sondern auch die [[Dichte]] bzw. der kinetische [[Luftdruck|Druck]] des Fließmediums eine [[Kennzahl]] dar. Diese Kennzahlen sind [[Proportionalität|proportional]] voneinander abhängige Werte. Daraus ergibt sich, dass sich die Querschnittsfläche der Düse im Überschallbereich vergrößern statt verringern muss, um eine höhere Fließgeschwindigkeit zu erreichen.

Der mathematische Zusammenhang lässt sich mit Hilfe der [[Rankine-Hugoniot-Gleichung]] (Flächen-Geschwindigkeits-Beziehung) erklären:

: <math>\frac{\mathrm du}{u}= \frac{-\mathrm dA}{A} \frac{1}{1-Ma^2}</math>

* Bei subsonischer Strömung (Unterschallfließgeschwindigkeit) bewirkt eine Querschnittsabnahme einen Geschwindigkeitszuwachs. Eine subsonische Düse ist demnach ''konvergent'' (in Fließrichtung verjüngend) geformt.
* Für eine supersonische bzw. hypersonische Strömung (Überschallfließgeschwindigkeit) bewirkt eine Querschnittszunahme einen Geschwindigkeitszuwachs. Eine entsprechende hypersonische/supersonische Düse ist demnach [[Divergenz|''divergent'']] geformt. Die Dichte nimmt bei einer Überschallströmung schneller ab, als die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt.
* Bei einer [[Transsonische Strömung|transsonischen Strömung]] ist <math> \mathrm dA = 0</math>, denn sonst hat die Gleichung keine Lösung, das heißt im engsten Querschnitt der Düse ist die [[Mach-Zahl]] Ma = 1.

[[Datei:Raketendüse.jpg|miniatur|hochkant|Düse eines Raketentriebwerks]]
Die auf dem Bild sichtbare Düse des Raketenantriebs wird „von oben nach unten“ durchströmt und stellt ein Beispiel für eine hypersonische und somit divergente Düse dar.

== Siehe auch ==
* [[Düsenströmung]] für mathematische Zusammenhänge
*[[Zerstäubungstechnik]] – Düsen und Vernebler zur Zerstäubung
* [[Lavaldüse]] bei vielen Raketen
* [[Luftklinge]] eine flache Düse
* [[Feuerung]] (Düsenauswahl für Heizölbrenner)
* [[Venturi-Düse]] als Drossel
* [[Messblende]] (Durchflussbegrenzer/messer)
{{Wiktionary}}

== Literatur ==
* G. K. Batchelor: ''An introduction to fluid mechanics.'' Cambridge university press, ISBN 0-521-66396-2.
* D. Meschede (Hrsg.): ''Gerthsen Physik.'' Springer-Verlag, Berlin, ISBN 3-642-12893-9.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Duse}}
[[Kategorie:Fluidelement]]
[[Kategorie:Triebwerkstechnik]]

Düse - Versionsgeschichte

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