Диффузор (гидроаэродинамика)

Диффузор (в гидроаэродинамике) — профилированная часть канала (трубы), в которой происходит замедление потока. При этом перепад статических давлений на диффузоре может быть меньше, чем на участке прямой трубы исходного сечения (см. Формула Дарси — Вейсбаха), т. е. его коэффициент местного сопротивления бывает отрицателен; однако при росте длины при постоянном угле раскрытия и при увеличении угла раскрытия диффузора может произойти отрыв потока от стенок (вблизи них образуются вихри), при этом коэффициент сопротивления диффузора очень сильно возрастает^[1].

Существует конструкция, обратная диффузору, называемая конфузор — часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее. Движение воздуха в конфузоре характеризуется тем, что динамическое давление в нём в направлении движения потока увеличивается, а статическое — уменьшается. Увеличивается скорость дозвукового течения жидкости или газа.

Область применения диффузоров

Диффузор применяется в устройствах, в которых осуществляется перемещение жидкостей и газов (водопроводах, воздуховодах, газопроводах, нефтепроводах, аэродинамических трубах, реактивных двигателях и др.). В электроакустике часть механической колебательной системы громкоговорителя, предназначенной для возбуждения звуковых волн в окружающем воздухе.

Гидравлический диффузор: [math]\displaystyle{ Q_1 }[/math] — поток жидкости в узком сечении трубы; [math]\displaystyle{ Q_2 }[/math] — поток жидкости в расширенной части трубы. Скорость жидкости в расширенной части меньше скорости в узкой части трубы

Диффузором в автомобильной промышленности принято считать часть или элемент обвеса (см. диффузор (автомобиль)).
Диффузор в кинетическом двигателе

Конфузор

Конструкция, обратная диффузору, называемая конфузор — часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее. Движение воздуха в конфузоре характеризуется тем, что динамическое давление в нём в направлении движения потока увеличивается, а статическое — уменьшается. Увеличивается скорость течения жидкости или газа.

При круглых воздуховодах конфузор имеет вид усечённого конуса, при квадратных — усечённой пирамиды. Наиболее часто конфузор используют для подсоединения воздуховода к всасывающей стороне вентилятора радиального, что позволяет уменьшить коэффициент местного сопротивления ζ (коэффициент Дарси) (вследствие более плавного сужения воздушного потока и предотвращения отрыв пограничного слоя и образования вихрей), а следовательно, уменьшить потери давления, развиваемого вентилятором.

Гидравлический конфузор: [math]\displaystyle{ Q_1 }[/math] — поток жидкости в широком сечении трубы; [math]\displaystyle{ Q_2 }[/math] — поток жидкости в узком сечении трубы

Коэффициент местного сопротивления конфузора (коэффициент Дарси)

[math]\displaystyle{ \zeta =\frac{\lambda_T}{8\sin{\alpha/2}} \left( 1-\frac{1}{n^2} \right) }[/math],

где [math]\displaystyle{ n =\frac{S_1}{S_2} }[/math] — степень сужения; [math]\displaystyle{ \lambda_T }[/math] — коэффициент потерь на трение по длине при турбулентном режиме.

Гидравлическое сопротивление конфузора всегда меньше гидравлического сопротивления диффузора такого же размера.

Течения в диффузоре и конфузоре

В конфузоре с небольшим углом раскрытия повышенного вихреобразования обычно не возникает, жидкость меняет направление плавно, и потери давления в основном связаны с ростом скорости. При росте угла раскрытия конфузор превращается во внезапное сужение, образуются застойные зоны с вихрями.

В диффузоре возможен отрыв потока, при этом возникают обширные вихревые зоны у краёв, и энергии теряется достаточно много (почти как при внезапном расширении). Однако, если угол очень маленький и отрыва потока на длине диффузора возникнуть не успевает, его коэффициент сопротивления может стать и отрицательным, как в трубке Вентури. В специально профилированном диффузоре безотрывное течение можно поддерживать более эффективно.

Литература

Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. — Теоретическая физика (Том 6. Гидродинамика). Глава II. Вязкая жидкость. § 23. Точные решения уравнений движения вязкой жидкости. Течения в диффузоре и конфузоре.

См. также

Вентиляция

Примечания

↑ Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М. О. Штейнберга. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1992. — С. 184. — ISBN 5-217-00393-6.

Ссылки

Определение «Диффузор» — статья из Большой советской энциклопедии.
[dic.academic.ru/dic.nsf/eng_rus/125377/%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%BE%D1%80 Определение «Конфузор»]

[1] Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М. О. Штейнберга. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1992. — С. 184. — ISBN 5-217-00393-6.

[1]