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 своему 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 вихрей, работу против сил трения и необратимо переходит в теплоту. Движение жидкости (газа) в направлении роста давления в потоке, т. е. существование положит. градиента давления в направлении течения,— осн. отличит. свойство Д.

В случае несжимаемой жидкости, а также при дозвуковой скорости газа v1 перед входом в Д. (v1а) он имеет форму сходящегося или цилиндрич. канала, в к-ром после торможения ср. скорость становится дозвуковой. Дальнейшее торможение дозвук. скорости осуществляется в расходящемся дозвук. Д., присоединённом к сверхзвук. Д. (рис. 2).

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. Т. к. средняя скорость по длине Д. падает, а давление растёт, то в сечении, расположенном на нек-ром расстоянии от входа в Д.,

Рис. 1. Дозвук. диффузор круглого сечения. 1 — сечение перед входом в диффузор; 2 — сечение за диффузором; 3 — профиль скорости; 4 — возвратное течение; 5 — циркуляц. течение.

Рис. 2. Сверхзвук. диффузор прямоугольного сечения. 7 — сходящаяся часть; 2 — горловина (цилиндрич. участок); 3 — расходящаяся часть.

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 у стенки Д. образуются области циркуляц. движения (рис. 1). Слой жидкости между оторвавшимся от стенки и осн. потоками неустойчив и 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., а также от профиля скорости и степени турбулентности потока перед входом в Д. В случае сверхзвук. скорости перед входом в Д. торможение потока 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 сверхзвук. потока в Д. намного больше, чем при торможении дозвук. потока. Площадь горловины (наиболее узкого поперечного сечения) сверхзвук. Д. оказывает решающее воздействие на течение и потери в Д.

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

Теория течения в Д. недостаточно разработана, его осн. хар-ки и оптимальную форму определяют на основании результатов эксперим. исследований и их теоретич. обобщения.

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. Т. к. средняя скорость по длине Д. падает, а давление растёт, то в сечении, расположенном на нек-ром расстоянии от входа в Д.,

Рис. 1. Дозвук. диффузор круглого сечения. 1 — сечение перед входом в диффузор; 2 — сечение за диффузором; 3 — профиль скорости; 4 — возвратное течение; 5 — циркуляц. течение.

Рис. 2. Сверхзвук. диффузор прямоугольного сечения. 7 — сходящаяся часть; 2 — горловина (цилиндрич. участок); 3 — расходящаяся часть.

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 у стенки Д. образуются области циркуляц. движения (рис. 1). Слой жидкости между оторвавшимся от стенки и осн. потоками неустойчив и 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., а также от профиля скорости и степени турбулентности потока перед входом в Д. В случае сверхзвук. скорости перед входом в Д. торможение потока 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 сверхзвук. потока в Д. намного больше, чем при торможении дозвук. потока. Площадь горловины (наиболее узкого поперечного сечения) сверхзвук. Д. оказывает решающее воздействие на течение и потери в Д.

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

Теория течения в Д. недостаточно разработана, его осн. хар-ки и оптимальную форму определяют на основании результатов эксперим. исследований и их теоретич. обобщения.