Постепенно расширяющаяся труба называется диффузором. Течение жидкости в диффузоре сопровождается уменьшением скорости и увеличиваем давления, а следовательно, преобразованием кинетической энергии жидкости в энергию давления. Частицы движущейся жидкости преодолевают нарастающее давление за счет кинетической энергии, которая уменьшается вдоль диффузора и в направлении от оси к стенке.
Рис.5.10. Рис.5.11.
Слои жидкости, прилегающие к стенкам, обладают столь
малой кинетической энергией, что иногда оказываются не в состоянии преодолевать повышенное давление, они останавливаются или даже начинают двигаться обратно. Обратное движение (противоток) вызывает отрыв основного потока от стенки и вихреобразования (рис.5.10). Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения диффузора, а вместе с этим растут и потери на вихреобразование в нем.
Диффузор характеризуется двумя параметрами: углом конусности и степенью расширения n, определяемой отношением
.
|
|
Полную потерю напора в диффузоре условно рассматривают как сумму двух слагаемых:
, (5.21)
где и - потери напора на трение и расширение (вихреобразование).
Потерю напора на трение можно приближенно подсчитать следующим образом. Рассмотрим круглый диффузор с прямолинейной образующей и с углом при вершине. Пусть радиус входного отверстия равен r1, выходного r2 (рис. 5.11). Поскольку радиус сечения и скорости движения жидкости являются величинами переменными вдоль диффузора, то возьмем элементарный отрезок диффузора длиной вдоль образующей и для него выразим элементарную потерю напора на трение по основной формуле
,
где - средняя скорость в произвольно взятом сечении, радиус которого r.
Из элементарного треугольника следует:
.
Далее, на основании уравнения расхода можно записать
, ;
где - скорость в начале диффузора.
Подставляя эти выражения в формулу для и выполняя интегрирование в пределах от r1 до r2, т.е. вдоль всего диффузора, считая при этом коэффициент постоянным, получим
,
откуда
или
, (5.22) где - степень расширения диффузора.
Второе слагаемое – потеря напора на расширение имеет в диффузоре ту же природу, что и при внезапном расширении, но меньшее значение, поэтому оно обычно выражается по той же формуле (5.19) или (5.20), но с поправочным коэффициентом к, меньшим единицы,
. (5.23)
Так как в диффузоре по сравнению с внезапным расширением торможение потока как бы смягченное, коэффициент называют коэффициентом смягчения. Его численное значение для диффузоров с углами конусности =5-200 можно определять по приближенной формуле
. (5.24)
Учитывая (5.22) и (5.23), уравнение (5.21) можно переписать в виде
|
|
, (5.25)
а коэффициент сопротивления диффузора можно выразить формулой
. (5.26)
Последнее выражение показывает, что коэффициент зависит от угла , коэффициента и степени расширения n.
С , при заданных и n, первое слагаемое в формуле (5.26), обусловленное трением, , т.к. диффузор становится короче, а второе слагаемое, обусловленное вихреобразованием и отрывом потока, , и наоборот. Оптимальный угол конусности лежит в пределах от 5 до 80.