5. Влияние условий входа и выхода на работу диффузора

Характер поля скоростей на входе в диффузор существенно влияет как на величину потерь, так и на распределение скоростей на выходе из диффузора. Можно утверждать, что не всякая не­однородность поля скоростей на входе будет приводить к увели­чению потерь.

Теоретические и экспериментальные исследования влияния формы входного профиля скоростей на движение в диффузоре показали, что при больших углах расширения, когда основную роль играют потери на расширение, выгодно на входе создавать вогнутые профили скоростей. При малых углах расширения, когда потери определяются почти полностью трением, эффективными являются выпуклые профили. Таким образом, можно считать, что для каждого диффузора существует оптимальная форма про­филя скоростей на входе. Вогнутый профиль скоростей на входе в диффузор можно получить с помощью направляющих лопаток (рисунок 3.6). Направляющие лопатки отклоняют поток к стенкам и делают поле скоростей вогнутым и тем самым увеличивают ско­рости вблизи стенок. Такое увеличение скорости вблизи стенок приводит к более, позднему возникновению отрыва или вовсе устраняет его.

Экспериментально уста­новлено, что для диффузо­ров с углами расширения 45° установка лопаток уменьшает потери на 47%.

Аналогичное влияние оказы­вает отсос и сдув пограничного слоя на входе в диффузор, а также установка перфориро­ванной пластинки или сетки в центре входного сечения в диф­фузор. Экспериментально уста­новлено, что для диффузо­ров с углами расширения 30 — 40° сетки уменьшают потери на 35%.

Рисунок 3.6. Способы изменения профиля скоростей на входе в диффузор:

а – направляющие лопатки; б – откос; в – сдув пограничного слоя

На величину потерь в диффузоре существенное влияние оказывают условия выхода потока из диффузора. Если имеет место свободный выход, то потери в диффузоре увеличиваются за счет потерь кинетической энергии при выходе.

Заметим, что установка даже небольшого цилиндрического участка за диффузором приводит к снижению потерь. Установка экрана или сетки за диффузором также может дать значительное снижение потерь.

Причиной снижения потерь при установке экрана за диффузо­ром с большими углами расширения является подпирающее дей­ствие экрана на поток, выходящий из диффузора. Экран за­ставляет струю растекаться в радиальном направлении и тем са­мым уничтожает отрыв, а следовательно, снижает потери в диф­фузоре.

6. Кольцевые диффузоры

Для уменьшения потерь при больших углах расширения можно в обычном диффузоре изменить конструкцию его одним из сле­дующих способов. Первый, наиболее простой, заключается в том, что в диффузоре по всей его длине вставляются добавочные продольные стенки, делящие его на два – три или более самостоятель­ных диффузоров. В диффузорах с круглым поперечным сечением добавочными стенками служат ко­нические вставки из листового железа. Второй путь сводится к замене обычного канала кольце­вым, образованным двумя соосными поверхностями. В третьем слу­чае можно установить диффузор, в котором жидкость будет растекаться не вдоль оси, а по радиу­сам, либо по направлениям проме­жуточным между осью и радиусом. Первые называются радиальными, а вторые— радиальноосевыми.

Результаты исследования диффузоров с разделительными встав­ками показаны на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7. Потери диффузоров с коническими вставками (1) и

без вставок (2) в зависимости от угла расширения

Кольцевые диффузоры за последние годы получили широкое распространение во многих промышленных установках и, в частности, в патрубках газовых и паровых турбин. В аэродинамиче­ских трубах кольцевой диффузор почти всегда ставится на участке за винтом.

Форма образующих кольцевого диффузора может быть прямо­линейной, криволинейной или, наконец, смешанной (один обвод прямолинейный, другой криволинейный). По форме все кольцевые диффузоры можно разделить на пять типов, показанных на рисунке 3.8.

Если внешние диамет­ры увеличиваются, то внут­ренние могут либо не ме­няться (а), либо убывать (б), либо тоже увеличи­ваться (в). В последнем случае угол расширения внешних стенок должен быть не меньше угла рас­ширения внутренних.

Если внешний диаметр кольцевого диффузора не меняется, то внутренний должен убывать (г). И, на­конец, при убывающем внешнем диаметре внутрен­ний должен тоже убывать (д), при этом угол сужения внешних стенок должен быть меньше угла сужения внутренних.

Рисунок 3.8. Зависимость КПД от отношения в кольцевых диффузорах