Потоки в диффузорах

ДВИЖЕНИЕ ГАЗА В КАНАЛАХ, ДИФФУЗОРАХ И МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ

ТЕМА 8

Необходимость изучения потоков в диффузорах определяется тем, что в машинах, механизмах и различных устройствах имеются многочисленные расширяющиеся участки трубопроводов и каналов. Потери в диффузорах имеют значительно больший удельный вес, чем в цилиндрических и конфузорных участках. В лопаточных компрессорах существенны потери в спрямляющих аппаратах и выходных поворотных устройствах. В паровых и газовых турбинах значительную долю потерь составляют потери в диффузорах выходных патрубков.

Основное назначение диффузора - постепенное снижение скорости потока, т.е. восстановление давления при минимальных потерях. В диффузорах движение потока и в ядре, и в пограничном слое значительно менее устойчиво, чем в цилиндрических и тем более суживающихся трубах. Переход ламинарного движения в турбулентное происходит при значительно меньших числах Рейнольдса, чем цилиндрических трубах. На цилиндрическом и конфузорном участках поток никогда не может отрываться от стенок, в диффузорном течении это может произойти даже при малых углах расширения.

В диффузорах нет участка стабилизированного движения, поэтому профили непрерывно деформируются, пока поток не оторвется от стенки. Причина отрыва потока - наличие градиента давления на стенке. В каждой последующей точке по потоку давление больше, чем в предыдущей, поэтому газ тормозится. Это может привести к остановке жидкости и даже к движению в обратном направлении. Основной поток оттесняется от стенки, происходит его отрыв.

При углах расширения диффузора до 40⁰ отрыв происходит на части внутренней поверхности. При углах более 40⁰ поток полностью отрывается. Отрыв значительно снижает эффективность диффузора, увеличивает потери.

Основываясь на теоретических исследованиях и многочисленных экспериментах можно рекомендовать для круглых диффузоров оптимальный угол расширения 8⁰. При таких углах и m = F₂/F₁ = 2...4 отрыв не происходит в поле скоростей на выходе из диффузора достаточно однородно.

При одинаковых a и m длина диффузора прямоугольного сечения короче, чем круглого из-за наращивания пограничного слоя в углах диффузора.

Рис.8.1. Отрыв потока газа в диффузоре

Качество диффузоров обычно оценивают с помощью коэффициента потерь

т.е. отношением действительных потерь давления в диффузоре к изменению динамического давления. Для идеального диффузора j = 0. Изменение коэффициента j в зависимости от угла расширения по опытным данным показано на рис.8.1. Сначала, с увеличением угла, он падает и только при достижении 8-10⁰ начинает резко возрастать.

Дата добавления: 2013-12-13