диффузор

ДИФФУЗОР в гидроаэромеханике - участок проточного канала (трубопровода), в к-ром происходит торможение потока жидкости или газа. Поперечное сечение Д. может быть круглым, прямоугольным, кольцевым, эллиптическим, а также несимметричным. По назначению и геом. форме Д.- устройство, обратное соплу. Вследствие падения ср. скорости v давление р в направлении течения растёт (см. Бернулли уравнение)и кинетич. энергия потока частично преобразуется в потенциальную. В отличие от сопла, преобразование энергии в Д. сопровождается заметным возрастанием энтропии и уменьшением полного давления. Разность полных давлений на входе и выходе Д. характеризует его гидравлич. сопротивление и наз. потерями. Потерянная часть кинетич. энергии потока затрачивается на образование и затухание вихрей, совершает работу против сил трения и необратимо переходит в теплоту.

Движение жидкости (газа) против возрастающего давления, т. е. существование положит. градиента давления в направлении течения,- осн. отличит. свойство Д., поэтому и др. виды течений жидкостей и газов, обладающие этим свойством, относят к "диффузорным течениям".

В случае несжимаемой жидкости, а также при дозвуковой скорости газа v₁ перед входом в Д. (v₁<a, где а - скорость звука) площадь поперечного сечения канала в силу неразрывности уравнения должна увеличиваться в направлении течения, поэтому дозвуковой Д. имеет форму расходящегося канала (рис. 1). При сверхзвуковой скорости перед входом в Д. (v₁>а) он имеет форму сходящегося или цилиндрич. канала, в к-ром после торможения ср. скорость становится дозвуковой. Дальнейшее торможение дозвуковой скорости осуществляется в расходящемся дозвуковом Д., присоединённом к сверхзвуковому (рис. 2).

Рис. 1. Дозвуковой диффузор круглого сечения: 1 - сечение перед входом в диффузор; 2 - сечение за диффузором; 3 - профиль скорости; 4 - возвратное течение; 5 - циркуляционное течение.

Вязкость оказывает решающее влияние на течение в Д. В пограничном слое скорость под действием вязкости быстро убывает, обращаясь в нуль на стенке Д. Кинетич. энергия в пограничном слое меньше, чем в остальной части потока, а статич. давление в данном поперечном сечении почти постоянно. T. к. ср. скорость по длине Д. падает, а давление растёт, то в сечении, расположенном на нек-ром расстоянии от входа в Д., кинетич. энергия потока вблизи стенки недостаточна для того, чтобы переместить жидкость или газ против сил давления, возрастающих в направлении потока. Вблизи этого сечения начинается отрыв потока от стенки и возникает возвратное течение. В результате вблизи стенки Д. образуются области циркуляц. движения (рис. 1). Поверхность раздела между оторвавшимся от стенки и основным потоками неустойчива, она периодически свёртывается в вихри, к-рые сносятся вниз по потоку. Место расположения отрыва в Д. зависит от толщины пограничного слоя, от величины положит. градиента давления, определяемого геом. формой Д., от профиля скорости и уровня турбулентности перед входом в Д.

Рис. 2. Сверхзвуковой диффузор прямоугольного сечения: 1 - сходящаяся часть; 2 - горловина (цилиндрический участок); 3 - расходящаяся часть.

В случае сверхзвуковой скорости перед входом в Д. торможение осуществляется в ударных волнах, взаимодействующих между собой и отражающихся от стенок Д. (пунктир на рис. 2). Давление в потоке, прошедшем через ударную волну, резко увеличивается, и под воздействием большого положит. градиента давления в местах отражения ударных волн от стенок может происходить отрыв пограничного слоя (штриховка на рис.

2). Потери полного давления при торможении сверхзвукового потока в Д. намного больше, чем при торможении дозвукового потока. Площадь горловины (наиб. узкого поперечного сечения) сверхзвукового Д. оказывает решающее воздействие на течение и потери в Д.

Д. применяются в технике и промышленности во всех случаях, когда необходимо затормозить поток жидкости или газа с наим. потерями. Они используются в газо-, нефте- и воздухопроводах, в гидравлич. магистралях, турбомашинах всех типов, в воздушно-реактивных двигателях, эжекторах, аэродинамических трубах, стендах для высотных испытаний ракетных двигателей и др.

Теория течения в Д. недостаточно разработана, его осн. характеристики и оптим. форму определяют на основании расчётов приближёнными методами, результатов эксперим. исследований и их теоретич. обобщения.

Лит.: Абрамович Г. H., Прикладная газовая динамика, 4 изд., M., 1976; Идельчик И. E., Гидравлические сопротивления, М,- Л., 1954; Дейч M. E., 3арянкин A. E., Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин, M., 1970. С. Л. Вишневецкий.

   <<      Предметный указатель      >>