Neste trabalho, bocais convergentes-divergentes foram projetados e fabricados para o estabelecimento de escoamentos supersônicos e para suprir a necessidade de se fornecerem características aerodinâmicas aos escoamentos gerados pela tocha de plasma existente no Laboratório de Plasmas e Processos do Instituto Tecnológico de Aeronáutica. O projeto dos bocais De Laval foi baseado, inicialmente, em cálculos superficiais para a estimativa das áreas da garganta e da saída dos bocais, utilizando a vazão de massa máximo permitido pelo sistema de vácuo do laboratório, e considerando as equações para escoamento quase-unidimensional não-viscoso, adiabático e isentrópico. Posteriormente, baseou-se em um código numérico, assumindo escoamento axissimétrico com correções para a camada limite, para gerar o perfil convergente-divergente dos bocais. Dois conjuntos contendo, cada um, quatro bocais axissimétricos foram fabricados com diâmetros da garganta no intervalo de 1.00 a 2.00 milímetros, para expandir isentropicamente o ar, através da diferença de pressão entre a atmosfera e a câmara de vácuo, a números de Mach maiores que dois. Os bocais foram confeccionados em cobre e alumínio através de uma fresadora, chamado Método da Fresadora, e de brocas cônicas, chamado de Método Cônico. O número de Mach na saída do divergente e o fluxo em massa máximo foram determinados para todos os bocais produzidos. O menor número de Mach encontrado foi de (2,1 + 0,4) e o maior, de (5,01 + 0,02). A vazão de massa máximo obtido se encontra no intervalo de (1,5x10-4 - 7,2x10-4)kg/s. Assim, os resultados mostraram que escoamentos supersônicos foram produzidos com sucesso pelos bocais projetados e fabricados neste trabalho.

Este trabalho descreve modelos de escoamento reativo considerando desequilíbrio químico, em bocais convergente-divergente. O objetivo e a estimativa, com maior precisão das variações das propriedades e fatores de desempenho ao longo do bocal. O primeiro modelo considera o escoamento como unidimensional e é usado o método de Multivalores de GEAR para integração do sistema de equações diferenciais, pois este apresenta características de "stiffness". O segundo modelo considera o escoamento bidimensional e é usado o método das características para calcular a região supersônica. Duas técnicas numéricas são usadas para integrar as equações deste modelo: o método P(EC) é usado ao longo das linhas de Mach e o método de Multivalores de GEAR é usado ao longo das linhas de corrente. Dois sistemas reativos foram usados para os cálculos, um baseado nas reações entre H2 e F2 e o outro baseado nas reações entre H2 e O2. Os resultados obtidos para o sistema H2 e F2 foram comparados com outros cálculos descritos na literatura. A concordância entre os resultados foi boa tanto para o modelo unidimensional como para o bidimensional. Para o sistema H2 e O2 os cálculos foram comparados com resultados experimentais para um bocal de geometria ótima, com razão de expansão de 1030:1. A concordância com as medidas foi boa, sendo que o impulso específico foi previsto pelo modelo bidimensional com um erro de 0,3% do valor experimental. Todos os cálculos foram feitos num microcomputador compatível com IBM-PC, AT 386, 33MHz, com tempos de computação da ordem de algumas horas.