¿Por qué la sección del difusor genera empuje en un motor a reacción?

Pero, ¿por qué el difusor también proporciona empuje hacia adelante?

El difusor reduce la velocidad del flujo para facilitar la mezcla de aire y combustible y la combustión un poco más tarde. Si solo se enfoca en las velocidades de entrada y salida, no habría empuje.

Sin embargo, si observa las presiones en las paredes del difusor, surge un resultado diferente. Un flujo más lento significa una presión estática más alta, y la presión total justo a la salida del compresor ya es la más alta de todo el motor. De hecho, la presión sobre esas paredes del difusor que se ensanchan empuja el motor hacia adelante debido a la inclinación hacia adelante del vector de presión (que actúa perpendicularmente a las paredes del difusor). Su página de chorro de pulso vinculada explica esto bastante bien.

Por supuesto, no se produciría ningún empuje si el flujo no se calentara y, por lo tanto, se acelerara más aguas abajo. Entonces, el difusor por sí solo no creará empuje; esto sucede solo cuando se coloca dentro de un motor a reacción en funcionamiento.

¿Y también por qué la tobera proporciona empuje hacia atrás?

Este no es siempre el caso, pero aquí la boquilla tiene una forma convergente que ayuda a acelerar el flujo subsónico y convierte la presión restante en velocidad. Las paredes ahora tienen una inclinación orientada hacia atrás, por lo que el vector de presión sobre ellas contribuirá con un componente orientado hacia atrás. Además, la alta velocidad de flujo a lo largo de las grandes paredes de la boquilla provoca cierta fricción, que también debe tenerse en cuenta.

Para una comparación, mire el cono detrás de las ruedas de la turbina. Su contribución de empuje solo se deriva de la presión frontal que actúa sobre él.

¿Y no debería un difusor proporcionar empuje hacia atrás, ya que la velocidad de salida es más lenta que la velocidad de entrada, y así$\dot{m}\times(v - u)$es negativo?

Las leyes de conservación en física son una excelente herramienta. Le permiten calcular mucho sin mirar los detalles minuciosos del proceso real. Y este es un gran ejemplo: puede calcular trivialmente el empuje de todo el motor a partir del cambio de momento del fluido de trabajo. Pero eso no le dirá cómo se aplica realmente la fuerza, solo la suma de las fuerzas en todo el motor.

El desglose del empuje son los detalles minuciosos del proceso. Y en ese nivel, la única forma de crear una fuerza es mediante la presión del fluido, y dado que la presión siempre actúa perpendicular a la superficie, solo las superficies que miran hacia atrás pueden tener empuje hacia adelante, mientras que las superficies que miran hacia adelante tienen el empuje negativo actúa sobre ellos.

Y no es diferente en el aspersor. La presión en el interior está actuando en todas las paredes, pero falta un poco en la boquilla por donde sale el agua, por lo que prevalece la fuerza en la pared opuesta.