Дозвуковые диффузоры

Диффузор — часть канала (трубы), в которой происходят замедление (расширение) потока и увеличение давления.

важнейшими гео­метрическими параметрами являются угол раствора у_д и степень расширения f. (f – отношение сечений диффузора)

Важной геометрической характеристикой диффузора является отношение сечений f. При заданной скорости на входе повышение давления происходит только до опреде­ленных пределов, причем в коническом диффузоре и в диф­фузоре оптимальной формы наиболее бурный рост давления соответствует начальному участку.

Значение параметра f, отвечающее мак-ной сте­пени сжатия в диффузоре, называется предельным. Выпол­-ие диффузора с большим отнош-ем нецелесо-но, т.к. при этом на выходном участке обнар-ется снижение давления.

в изоградиентных диффузорах потери на тре­ние больше, то применение таких диффузоров следует считать целесообразным только при больших углах раствора у_д^18°. В интервале у_д=12~-18° лучшие ре­зультаты дают диффузоры с прямолинейными стенками (у_д = const). При малых углах у_д<12° следует переходить к диффузорам с криволинейными выпуклыми стенками.

Возможно также применение комбинированных диффу­зоров, принципиальные схемы которых приведены на рис.

Особый интерес представляет ступенчатый диф­фузор. Повышение давления здесь происходит вначале в обычном плавно расширяющемся канале, а затем давление растет при внезапном расширении сечения. Такие диффу­зоры следует применять при малой длине и больших отно­шениях f. Для каждого значения f существует определен­ная оптимальная длина /_д, соответствующая минимальным потерям. При выбранных оптимальном угле раствора Т_доптй / однозначно определяется площадь выходного сеченйй плавной части диффузора Р₂.

Ступенчатые диффузоры имеют существенные пре­имущества в тех случаях, когда необходимо сократить длину диффузора. При малых у_д применение ступенча­того диффузора нецелесообразно, так как суммарные потери при внезапном расширении возрастают.

Опыты показывают также, что на эффективность диффузора влияет форма его поперечных сечений. В круглых и плоских диффузорах потери энергии оказы­ваются мин-ми. В диффузорах квадратного или прямоугольного сечения с расширением в двух плоско­стях потери выше.

57. Выхлопные патрубки турбомашин

Отвод газа из турбомашины осуществляется по оси вращения либо по конструктивным условиям под пря­мым углом к ней. Частичное преобразование кинетиче­ской энергии выхлопа в потенциальную дозволяет по­высить к. п. д. турбомаш-ы. Такое преобраз-ие осущест-о в диффузорных выхлопных патрубка.

Первые две схемы (а и б) показывают наиболее про­стые криволинейные 'кольцевые диффузоры F₂>F_X с осе­вым или диагональным потоком газа.

Три других патрубка должны обеспечить поворот по­тока на угол 90° к оси вращения. В схеме патрубка применен развитый кольцевой диффузор 1 с диагональным или осевым направлением потока. В та­ком диффузоре в основном и происходит преобразова­ние кинетической энергии в потенциальную; поворот по­тока на угол порядка 90° осуществляется уже при ма­лых скоростях в улитке 2. Выходная часть патрубка имеет относительно малую длину.

Другая схема обеспечивает восстанов­ление давления после поворота в радиальном диффузо­ре. В таком патрубке поворот желательно осуществлять в конфузорном потоке или в 'крайнем случае,при посто­янной скорости.

Третья схема является комбинирован­ной. Здесь выполняются относительно короткие осевой (или диагональный) и радиальный диффузоры. Следо­вательно, восстановление давления в таком патрубке осуществляется частично до поворота >и частично после него. Такая же задача решается в схеме е, выполнен­ной со ступенчатым диагональным диффузором. Эффек­тивность каждой схемы существенно зависит от органи­зации поворота потока в улитке (при переходе из осе­вого в радиальный диффузор). Эта задача решается со­ответствующим выбором рациональной системы кольце­вых поворотных направляющих лолаток и ребер, уста­навливаемых на повороте.

В кольцевых криволинейных каналах структура вто­ричных течений в зависимости от отношений диаметров d₂ldi может существенно отличаться от обычной для простого поворота. При больших значениях d₂ld\ опыт подтверждает существование двух вихрей в поперечном сечении кольцевого канала. Если отношение диаметров близко к единице, то в поперечном сечении возникают четыре вихря, расположенных в сечении кольцевого ка­нала (два внутренних,и два наружных).

Имея в виду сказанное выше о влиянии формы сече­ния канала, можно заключить, что неизбежное перефор­мирование сечения потока в патрубках турбоодашин должно быть организовано с учетом дополнительных по­терь, которые могут при этом возникнуть.

Конструктивно неизбежными в патрубках являются ребра жесткости. Выбор рациональной схемы располо­жения ребер и их формы, обеспечивающей минималь­ные потери, составляет важную задачу при конструиро­вании патрубков.

58. Сверхзвуковые диффузоры

Из основного уравнения одномерного течения сле­дует, что торможение сверхзвукового потока можно осу­ществить в трубе переменного сечения, входная часть которой выполнена суживающейся, а выходная — расши­ряющейся. В первой части скорость уменьшается и до­стигает критического значения в минимальном сечении. Тогда в расширяющейся части продолжается процесс сжатия дозвукового потока.

Отсюда следует, что принципиально в качестве «идеального» диффузора можно использовать сверхзвуковое сопло с профилированными стенками, предпола­гая течение в нем обращенным (рис. 7-19). Благодаря плавности профилированных стенок, в каждой точке ко­торых поток совершает поворот на малый угол, во вход­ной части диффузора должна возникнуть система сла­бых воли сжатия (характеристик). Проходи эту систему поток тормозится изоэнтропнчески. Система слабых волн сжатия при этом полностью совпадает с системой сла­бых волн разрежения (характеристик) в расширяющей­ся части сопла.

В горловине поток приобретает критическую скорость >.**1. В расширяющейся части диффузора скорости до­звуковые, уменьшающиеся в направлении потока.

В действительности, однако, такой диффузор осущест­вить не удается, так как течение в нем оказывается не­устойчивым: малые возмущения потока на входе приво­дят к конечным возмущениям на выходе. Это объясняет­ся тем. что при малом уменьшении числа М на входе в горловине не установится критическая скорость^ в ре­зультате чего перед диффузором возникнет отошедшая волна. Фактически поле потока, поступающего в диффу­зор из сопла Лаваля, как правило, неравномерно и на­сыщенно скачками.

59. Ступень эжектора

Газовые эжекторы находят широкое и разнообразное применение в технике. В таких аппаратах происходит смешение газовых потоков В результате смеше­ния изменяются параметры торможения и статические параметры смешиваемьих потоков Основная особен­ность физического процесса в эжекторе заключается в том, что смешение потоков происходит при больших скоростях эжектирующего (активного) газа. Принцип действия на рис.

Основными элементами ступени являются сопло, ка­мера смешения и диффузор В. Эжектирующий газ под давлением подается к соплу. Расширяясь в сопле, поток газа приобретает в сечении сверхзвуковую ско­рость.В камере смешения Б струя активного газа взаимодействует с эжектируемой (-пассивной) средой и увлекает ее в диффузор, где и происходит сжатие обра­зовавшейся смеси.

Наиболее существенное влияние на процесс смешения оказывают турбулентность пото­ков и волновая структура сверхзвуковой эжектирующей струи.

По мере удаления от сопла на периферии струи образуется пограничный слой. В кольцевом пограничном слое ско­рости меняются от малых дозвуковых на периферии до сверхзвуковых на участке, примыкающем к ядру струи. В соответствии с волновым спектром струи статическое давление по оси ядра струи периоди­чески меняется. По диаметру струи давления распреде­ляются также неравномерно: в струе образуются по­перечные градиенты давления. В сечениях за скачками градиенты давления направлены к периферии струи, а в сечениях за волнами разрежения — к оси струи. В дозвуковом участке пограничного слоя статическое давление близко к давлению среды. На некотором рас­стоянии от сопла вся струя становится дозвуковой: в этой области статическое давление распределяется во оси и по сечению практически равномерно.

Эти особенности поля осесимметричной сверхзвуко­вой затопленной струи позволяют заключить, что между внешней средой и струей происходит непрерывный обмен частицами. Поперечные перемещения частиц из погра­ничного слоя в ядро и из ядра в пограничный слой осу­ществляются с интенсивностью, переменной вдоль оси

Дата добавления: 2017-02-01