Диффузоры

Постепенно расширяющаяся труба называется диффузором. Течение жидкости в диффузоре сопровождается уменьшением ско­рости и увеличением давления. Частицы движущейся жидкости преодолевают нарастающее давление за счет своей кинетической энергии, но последняя уменьшается вдоль диффузора, а также в направлении от оси к стенке. Слои жидкости, прилежащие к стен­кам, обладают столь малой кинетической энергией, что подчас оказываются не в состоянии преодолевать повышенное давление. Они останавливаются, или, даже начинают двигаться обратно. Ос­новной поток наталкивается на эти противотоки, возникают вихре­образования и отрыв потока от стенки (рис. 70). Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения диффу­зора, а вместе с этим растут и потери на вихреобразования в диф­фузоре. Кроме того, в диффузоре имеются обычные потери на тре­ние, подобные тем, которые возникают в трубах постоянного се­чения.

Полную потерю напора в диффузоре мы будем условно рассматривать как сумму двух слагаемых:

Потерю напора на трение можно приближенно подсчитать сле­дующим способом. Рассмотрим круглый диффузор с прямолиней­ной образующей и с углом a при вершине.

Для него:

где u ₁ — скорость в начале диффузора;

-так называемая степень расширения диффузора.

Второе слагаемое—потеря напора на расширение (на вихре­образования) имеет в диффузоре ту же природу, что и при вне­запном расширении, но меньшую величину, поэтому оно обычно выражается по той же формуле, но с поправоч­ным коэффициентом k, меньшим единицы, т. е.

Так как в диффузоре мы имеем по сравнению с внезапным рас­ширением как бы смягченный удар, то и коэффициент k часто на­зывают коэффициентом смягчения удара. Численное значение этого коэффициента для диффузоров с углами конусности а по­рядка 5—20° можно определять по следующей экспериментальной формуле И. Е. Идельчика

или по приближенной формуле Флигнера

Исходное выражение можно переписать в следующем виде:

а коэффициент сопротивления диффузора можно окончательно выразить следующей формулой:

С уве­личением угла a при заданных l_т и n первое слагаемое обусловленное трением, уменьшается, так как диффузор дела­ется короче, а второе слагаемое, обус­ловленное вихреобразованиями и отры­вом потока, возрастает.

При уменьшении же угла вихреобразования уменьшаются, но возра­стает трение, так как при заданной сте­пени расширения диффузор удлиня­ется и поверхность его трения увели­чивается.

Функция имеет минимум при некотором наивыгоднейшем опти­мальном значении угла а (рис. 72):

При подстановке в эту формулу значения коэффициента потерь па трение порядка 0,015— 0,025 и соотношения площадей в пре­делах n = 2—4 получим наивыгоднейший угол диффузора в среднем порядка 6°, что соответствует экспериментальным данным.

На практике в целях сокращения длины диффузора при задан­ном п обычно принимают несколько большие углы, а именно: 7—9°. Те же значения угла можно рекомендовать и для квад­ратных диффузоров.

Для прямоугольных диффузоров с расширением в одной пло­скости (плоские диффузоры) оптимальный угол больше, чем для круглых и квадратных, и составляет 10—12°.

Если по условиям габаритов невозможно применение углов, близких к наивыгоднейшим, то при a>15—25° целесообразно от­казаться от диффузора с прямолинейной образующей и применить один из специальных диффузоров, например, диффузор, обеспечи­вающий постоянный градиент давления вдоль оси:

Примерные очертания такого диффузора даны на рис. 73.

Уменьшение потери энергии в таких диффузорах по сравнению с прямолинейными тем больше, чем больше угол a, и доходит до 40% при углах порядка 40—60°. Кроме того, поток в криволи­нейном диффузоре отличается большей устойчивостью.

Хорошие результаты дает также ступенчатый диффузор, со­стоящий из обычного диффузора с оптимальным углом и следую­щего за ним внезапного расширения (рис. 74). Последнее не вы­зывает больших потерь энергии, так как скорости в этом месте сравнительно малы. Общее сопротивление такого диффузора зна­чительно меньше, чем обычного диффузора такой же длины и с той же степенью расширения.

Дата добавления: 2015-07-10