ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Характеристика работы диффузоров

123

Задача о течении в диффузоре является одной из наиболее сложных задач аэродинамики. Необходимость изучения потоков в диффузорах вызывается не только наличием многочисленных расширяющихся трубопроводов в машинах, сооружениях и экспериментальных установках, но и наличием значительного диффузорного участка во многих случаях внешнего обтекания единичного крыла и особенно решеток профилей (компрессор, насос и активная турбина).

Задача является весьма актуальной главным образом потому, что потери в диффузорах имеют значительно больший удельный вес, чем потери в цилиндрических и конфузорных участках. Так, в паровых и газовых турбинах значительную долю всех потерь составляют потери в диффузорах выхлопных патрубков, а в гидравлической турбине — в отсасывающих трубах. Аналогичную картину можно наблюдать в аэродинамических трубах (потери в диффузоре до 30% всех потерь), вентиляционных установках и других машинах и сооружениях.

Основное назначение диффузоров — постепенное уменьшение скорости потока и, следовательно, восстановление давления при наименьших потерях. В расширяющихся диффузорных потоках движение в пограничном слое менее устойчиво, чем в цилиндрической и тем более в сужающейся трубе. Поэтому переход ламинарного движения в турбулентное в расширяющихся трубах происходит при значительно меньших числах Re, чем в цилиндрических.

Кроме того, в отличие от цилиндрической трубы, в которой при любом характере движения и произвольных числах Re поток никогда не может оторваться от стенки, в диффузорах даже при малых углах расширения на некотором расстоянии от входа может произойти отрыв потока от стенки.

В отличие от движения в цилиндрических трубах, в диффузорах нет участка установившегося движения. При движении в диффузоре профили скоростей непрерывно деформируются. При малых углах расширения отрыв потока практически происходит лишь на очень большом расстоянии от входа. Если на выбранной длине диффузора отрыв не происходит, то этот диффузор считают безотрывным.

Когда на входе в диффузор скорости потока постоянны, то при малых углах расширения диффузора имеет смысл вводить понятие о начальном участке. За длину этого участка принимают расстояние от входа в диффузор до полного исчезновения ядра потока. При средних углах расширения отрыв происходит уже на начальном участке.

Причиной отрыва потока является наличие положительного градиента давления на стенке, под действием которого частицы жидкости подтормаживаются. Вблизи стенки, где скорости потока очень малы, частицы жидкости могут начать двигаться в обратном направлении.

При углах расширения диффузоров примерно до 40° отрыв происходит не на всей поверхности, а лишь в некоторой области этой поверхности, т. е. на большей части диффузора поток движется по стенке, и только в некоторой области он отрывается. Иногда эта область отрыва перескакивает на противоположную стенку диффузора, а иногда она перемещается по стенке. При углах расширения более 40° поток обычно полностью отрывается от всей поверхности диффузора.

Появление отрыва значительно снижает эффективность диффузора, так как препятствует восстановлению давления и повышает потери в диффузоре.

Прямолинейные диффузоры

Все существующие диффузоры отличаются друг от друга по различным признакам: по форме поперечного сечения (круглые, квадратные, прямоугольные, кольцевые ипр.); по характеру изменения сечений вдоль его оси (прямолинейные, криволинейные, или ступенчатые), по углу расширения, длине, степени расширения.

Наиболее простым и часто применяемым в практике диффузором является прямолинейный диффузор круглого поперечного сечения. Исследованию потоков в таких диффузорах посвящено большое количество экспериментальных и теоретических работ.

На аэродинамические характеристики диффузоров существенное влияние оказывают их геометрические параметры (угол раскрытия , безразмерная длина и степень расширения п). Это влияние довольно сложно, так как оно зависит от чисел Re и М.

На основании анализа многочисленных практических примеров можно рекомендовать оптимальный угол расширения для круглых диффузоров – 8°. Оказывается, что при α = 8° и п = 2÷4 для не очень длинных диффузоров отрыв еще не происходит, и поле скоростей на выходе из диффузора еще достаточно однородно.

Известно, что в цилиндрических трубах некруглого сечения во внутренних углах, образованных стенками трубы, существуют вторичные токи. Последние значительно ухудшают однородность потока в поперечном сечении трубы и увеличивают потери по сравнению с трубами круглого сечения. При наличии расширения явления в углах еще усиливаются; поэтому в установках, в которых требуются однородные поля скоростей, не рекомендуется ставить диффузоры некруглого поперечного сечения.

Из чисто геометрических соображений следует, что при одинаковых углах α и степенях расширения п длина диффузора квадратного или прямоугольного сечения будет меньше, чем круглого.

Следовательно, градиент давления в круглом диффузоре будет меньше, чем в некруглом.

Наличие углов между стенками у некруглых диффузоров приводит к более интенсивному росту пограничного слоя, чем у круглых, и, следовательно, к большим потерям.

На рисунке 3.3 приведены полученные экспериментально кривые изменения коэффициента общих потерь φ зависимости от угла расширения α для круглого, прямоугольного и квадратного диффузоров при одинаковой степени поджатия п = 4.

Легко видеть, что круглый диффузор при углах расширения, меньших 34°, имеет наименьшие потери, квадратный — до α == 8° имеет потери меньшие, чем прямоугольный при углах α > 8°, потери в диффузоре квадратного сечения значительно превышают потери в прямоугольном диффузоре.

Рисунок 3.3. Коэффициенты восстановления диффузора:

1 – диффузор круглого сечения; 2 – диффузор с расширением в одной плоскости

(переход с квадрата на прямоугольник); 3 – диффузор квадратного сечения

123