Диффузор

Диффузор представляет собой постепенный переход от трубы меньшего диаметра к трубе большего диаметра с целью умень­шения потерь напора (рис. 6.4, в). Расширяющиеся участки тру­бопроводов применяются в системах водоснабжения, отопления, вентиляции, аэродинамических трубах, гидроэнергетических соору­жениях, машинах (выходных патрубках турбин и др.). Диффу­зоры имеют прямолинейные или криволинейные формы стенок, а поперечные сечения могут быть круглые, квадратные, прямоуголь­ные. В инженерной практике наиболее часто применяются прямо­линейные диффузоры с круглым поперечным сечением.

В диффузоре по пути движения потока происходит увеличение площадей сечений, а следовательно, уменьшение средних скоро­стей. Именно одним из назначений диффузоров является умень­шение скоростей потоков. Эпюры местных скоростей в поперечных сечениях видоизменяются на протяжении всей длины диффузора. Так как скорости уменьшаются, то в соответствии с уравнением Бернулли давления по пути движения потока увеличиваются, т. е. движение жидкости происходит из области меньших в область больших давлений. Таким образом, в диффузоре происходит пре­образование части кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления. Имеющееся в диффузоре противодавление тор­мозит движение жидкости, особенно у стенок, где могут возни­кать вихреобразования с противотоками, а также усиливается турбулентность. Потери энергии в диффузоре состоят из потерь на трение и на расширение потока. Сюда входят потери на вихре-образование и отрывы потока от стенок.

Диффузор характеризуется углом конусности θ и степенью расширения n=ω2/ωι. Чем больше угол конусности, тем больше деформации эпюр местных скоростей в сечениях, больше энергии расходуется на расширение потока, больше отрывы потока от сте­нок, а в целом больше общие потери. Более часто принимается оптимальным угол конусности tet = 8-10°; при этом течение в диф­фузоре безотрывное. При углах конусности θ>14° происходят имеющие нестационарный характер отрывы потока в разных ме­стах стенок диффузора, в результате чего сопротивление диффу­зора увеличивается.

В диффузоре местные потери напора определяются по основ­ной формуле (6.26), в которой коэффициент сопротивления {8, 55]

(6.35)

где k — безразмерный коэффициент смягчения при постепенном расширении.

Значения коэффициента смягчения в зависимости от угла ко­нусности θ следующие:

tet° 5 8 10 12 15 20 25 30

k 0,13 0,14 0,16 0,22 0,27 0,42 0,62 0,75

В целом коэффициент ξ_д зависит от угла конусности θ и соотно­шения площадей S₁ , S₂ . Формула (6.35) относится к так назы­ваемым коротким диффузорам (без учета трения по длине).

В длинных диффузорах с учетом трения по длине при турбу­лентном режиме коэффициент сопротивления определяется по формуле [4] (6.36)

где θ — угол конусности; — степень расширения диффузо­ра; λ — коэффициент гидравлического трения по длине (прини­мается как среднее арифметическое из значений λ для трубопро­водов меньшего и большего диаметров).

Движение в диффузоре менее устойчиво, чем в цилиндрических трубопроводах постоянного диаметра, и, как следствие, смена ла­минарного режима на турбулентный происходит при меньших числах Рейнольдса. Потери напора в диффузоре в целом меньше, чем в соответствующем внезапном расширении, так как увеличе­ние площадей поперечных сечений в диффузоре происходит посте­пенно. С другой стороны, потери напора в диффузоре больше, чем на соответствующем участке цилиндрического трубопровода. В криволинейных диффузорах по сравнению с прямолинейными по­ток более устойчив, а потери энергии меньше (уменьшение до 40%).