ノズルのチョーク（流量制限）とは何か

ノズルチョーク（流量制限）とは

ノズルチョークは、ノズル喉部（最狭部）で流体の速度が音速に達したときに起こります。この状態になると、ノズルの臨界圧力比が到達し、上流側の圧力をさらに上げても質量流量は増加しなくなります。

どのノズルで起きやすいか

チョークはすべての形状のノズルで起こり得ますが、特に断面積が流れ方向に縮小する収束ノズルで顕著です。収束ノズルでは、断面積が小さくなるにつれて流速が上がり、圧力が下がります。流速が音速に近づくと圧力低下が急激になり、マッハ数（流速／音速）が 1 に達した瞬間、ノズルは「チョーク」状態になります。

臨界圧力比の算出方法

ノズルがチョークしたときの臨界圧力比は、上流圧力と喉部圧力の比です。この比は流体の比熱比 k（ガス定数）に依存します。理想気体の場合、次式で求められます。

PRc = [(k+1)/2]^(k/(k-1))

ここで
・PRc：臨界圧力比
・k：比熱比（定圧比熱 ÷ 定容比熱）

空気の比熱比は約 1.4 で、これを代入すると臨界圧力比は約 0.528 となります。

チョークがもたらす影響

ノズルがチョークすると、以下のような影響が生じます。

• 流れが不安定になり、騒音や振動が増加する。
• 質量流量が上限に達し、上流圧力を上げても流量が増えない。
• 流体がノズル壁から剥がれやすくなり、壁面の摩耗や損傷につながる。

これらの現象は、エンジンや噴射装置、空調システムなど、ノズルを使用するあらゆる装置の性能と耐久性に直接影響します。