《铃铛，火箭，洗碗机》

对于人类来说，想象一个未来世界从来不是什么难题——

未来的人类需要利用科技逃出冰箱飞向其他世界，把猫咪当成“炸弹”的机器人世界，需要不停地撸猫才能防止爆炸，从血腥残酷的决斗战场到漫长广阔的太空旅程，从赛博朋克的迷幻再到架空历史的恶搞……

当然了，想象力的延展都是或多或少地能找到一些现实的影子——传说中早在16世纪，万户便开始尝试用中国先进的烟花技术来产生动力，希望能驱动自己成功飞天，经过百年的探索，今天大陆的火箭“胖五” 已经能实现起飞推力超过1000吨，成功托举天问一号、嫦娥五号以及空间站的核心舱奔赴太空。

GIF | 央视新闻

带上这些“配件”已经给火箭增加了不小的负担，但如果你仔细看火箭底端，却会发现似乎有些额外的零部件，比如火箭底部几个支棱在外面，像铃铛一样的装置，看起来似乎只是火箭发射前用来保持稳定的底座？但……小区旁边的油价已经9块钱了，去掉这些“铃铛”是否可以减少重量，节省更多宝贵的燃料呢？

眼前的 “铃铛” 不是铃铛

拆开看这些“铃铛”，会发现它两头大中间细，还有一个小蛮腰！不过，千万不要以为这只是用来稳定的，这可是火箭推进器的拉瓦尔喷管，是火箭能够直奔太空的关键。为什么不把火箭推进器直接做成一头大、一头小，就像水管滋水一样不就行了，而是要做成这种铃铛形呢？

火箭尾部的铃铛形结构 | giphy.com

我们要知道，流体流动过程中会遵循质量守恒对应的连续性定理，也就是说空气、水这些流体在单位时间内进入截面的流量，要等于从另一截面流出的流量。

其中：A表示流管截面面积，v表示气流流速，Ma表示马赫数

从这个公式我们可以看出来，当小于1马赫（音速以下）时，流管截面面积与流速成反比，即流管收缩，流速增加；流管扩张，流速减小。比如当我们用手捏住水管滋水，就是人为缩小了水管口的横截面积，如果水要想保证自己流出的流量等于流入的，就势必要在出口的地方加速，才能让流量在两端相等。

拉瓦尔管中间喉咙结构让气流从Ma1 | youtuber mekanizmalar

但是当流速直接被提升到大于1马赫（音速以上）呢？要获得这种高速流体，水管滋水大概是不可能了，但火箭推进器表示自己尚可一战！可是，通过上面的公式我们可以看出，超高音速时公式的系数就变成正的了，因此流速和流管横截面积刚好反过来，成正比，也就是说再使劲缩小管道反而会造成流速降低。

都是流体，怎么还有这么个差异呢？

这是因为在亚音速气流中，密度的相对变化量较速度的相对变化量小；而在超音速气流中，密度的相对变化量较速度的相对变化量大。

Emm……如果要通俗理解，可以想象成现在有一大帮学生刚下课，纷纷从教室下楼冲向食堂，这时如果楼梯从5米变窄成2米，那么大家为了赶紧通过，就会加速奔跑；当大家的速度快到超过1马赫时，高速行进的同学们本身就已经够乱了，如果楼梯就从2米变窄成1米，就会造成更严重的拥堵。但如果在1马赫的时候把楼梯拓宽回5米，就能有更多人通过空间，速度得到更大的释放。

通道打开让流速变大 | giphy.com

在过去几百年里，人类一直关注的都是低于1马赫的场景，所以也很难人工创造出超音速。

基于这个发现，拉瓦尔（De-Laval）在1883年发明了拉瓦尔管，也就是葫芦形状的这个底座。它通过先缩小后扩大的原理，将亚音速的气流先提速，再将超高音速气流继续提速，达到更高的水平，释放超级能量。

不仅能“飞天”的拉瓦尔管

基于这样的提速优势，拉瓦尔管在今天的工业领域也被广泛地运用着。

气流粉碎机可以将压缩空气通过拉瓦尔喷管加速成亚音速或超音速气流，喷出的射流带动物料作高速运动，使物料碰撞、摩擦剪切而粉碎，不是散沙也胜似散沙了。

在转炉炼钢系统中，拉瓦尔喷孔可将氧气的压力转变为动能，在喉口处流速达到声速，在扩张段，氧气的压力能继续转化为动能，从而获得超声速氧气流。

真空吸玻璃需要拉瓦尔管 | giphy.com

拉瓦尔管不仅能出气，还可以吸气。在搬运易碎玻璃、精密的太阳能电池板以及撑开超薄的塑料膜等需要真空的环境中，拉瓦尔管喷出的高速射流可以吸走负压腔内的气体，形成负压能快速打造出真空环境，方便工业加工。

航天思想下厨房

先进的航天技术往往是为了更好地民用，从而服务大众生活，厨房专家——方太这一次就借鉴了火箭推进器的拉瓦尔管思想，对洗碗机喷淋臂进行了一大波结构技术升级，快来看看它是怎么和火箭肩并肩的～

在视频中被放在水槽中的方糖以极快地速度就被水流给侵蚀了，小学生把它含在嘴里化得都没那么快……是什么在背后默默发力呢？

空化泡水流冲蚀方糖

我们注意到，左侧管道在没有接触空气的条件下产生了大量气泡，而气泡并不是凭空产生的，而是来自高速水流——水在通道的收缩和扩张处会形成剧烈漩涡，漩涡中心的流速很大，根据伯努利方程，水的流速越大，它的静压越小，当这个静压小于该温度下水的饱和蒸气压时，水就会汽化形成气泡，这便是著名的空化现象。

方太此前就已经通过文丘里管结构，让洗碗机清洗水流产生了空化现象，当气泡在污渍表面炸裂，就形成了无数个小型压缩冲击波，起到超乎平均水平的高效清洁效果。

大量空化泡

但方太不止步于原有的清洗效果，这一次从火箭喷射器的拉瓦尔管结构获得了灵感，打造了全新一代高能气泡洗喷管：在喷淋臂的内部结构进行了一些“大动作”——调整喷口的流道形状和孔径，以及自吸气空气孔尺寸达到合理的水汽掺混比例，从而使喷射扬程提升20%以上。

我们在同等实验条件下做了普通直管、方太原高能气泡洗喷管、方太全新一代高能气泡洗喷管这3种结构管，将它们在水流流速、方糖冲蚀效果方面进行对比实验，并用高速相机观察记录，结果如下：

三管对比实验：水流流速

三管对比实验：方糖冲蚀效果

测试表明，在水流流道中，借鉴了火箭拉瓦尔管结构思想的方太全新一代高能气泡洗喷管，因为结构的调整和优化，能在提升流速的同时，大大提升空化效应，带来更加明显的冲蚀效果，更能为洗碗机带来“加倍再加倍”的强大的清洁能力。

勤俭持家的你可能该担心了：这么高速的水流，得耗多少水电啊？好的设计，其实也在为精致的你做打算。方太洗碗机为了解决水流涡流的能量损耗，在研发过程中采用了航天领域中用于监控 船运行态势的数字孪生技术，建立了一整套水泵及喷淋臂内部流道的模型，配合内置的传感器，通过不断调整各个位置的参数去计算水流效率，从而得到最优的清洁洗净效果。洗碗这件小事，你家也需要一位效率专家！

数字孪生技术，为最优清洗效果赋能

长征八号火箭发射牵动着全国人民的心，在推进器喷射火焰的一刻举国欢腾，人的力量也显得无比渺小。不过当前沿流体技术被应用到更多的寻常百姓家，当千家万户的洗碗体验和那遥远星空的某一颗人造“星星”产生关联，科技力量和人类智慧碰撞出的火花却得到了无限扩大。

不如马上就让方太洗碗机来替你完成每天的繁琐劳动，留出更多时间来仰望星空吧～

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