2. Характеристика работы диффузоров

Задача о течении в диффузоре является одной из наиболее сложных задач аэродинамики. Необходимость изучения потоков в диффузорах вызывается не только наличием многочисленных рас­ширяющихся трубопроводов в машинах, сооружениях и экспери­ментальных установках, но и наличием значительного диффузорного участка во многих случаях внешнего обтекания единичного крыла и особенно решеток профилей (компрессор, насос и актив­ная турбина).

Задача является весьма актуальной главным образом потому, что потери в диффузорах имеют значительно больший удельный вес, чем потери в цилиндрических и конфузорных участках. Так, в паровых и газовых турбинах значительную долю всех потерь составляют потери в диффузорах выхлопных патрубков, а в гид­равлической турбине — в отсасывающих трубах. Аналогичную картину можно наблюдать в аэродинамических трубах (потери в диффузоре до 30% всех потерь), вентиляционных установках и других машинах и сооружениях.

Основное назначение диффузоров — постепенное уменьшение скорости потока и, следовательно, восстановление давления при наименьших потерях. В расширяющихся диффузорных потоках движение в пограничном слое менее устойчиво, чем в цилиндри­ческой и тем более в сужающейся трубе. Поэтому переход лами­нарного движения в турбулентное в расширяющихся трубах про­исходит при значительно меньших числах Re, чем в цилиндриче­ских.

Кроме того, в отличие от цилиндрической трубы, в которой при любом характере движения и произвольных числах Re поток никогда не может оторваться от стенки, в диффузорах даже при малых углах расширения на некотором расстоянии от входа может произойти отрыв потока от стенки.

В отличие от движения в цилиндрических трубах, в диффузо­рах нет участка установившегося движения. При движении в диф­фузоре профили скоростей непрерывно деформируются. При малых углах расширения отрыв потока практически происходит лишь на очень большом расстоянии от входа. Если на выбранной длине диффузора отрыв не происходит, то этот диффузор считают безотрывным.

Когда на входе в диффузор скорости потока постоянны, то при малых углах расширения диффузора имеет смысл вводить по­нятие о начальном участке. За длину этого участка принимают рас­стояние от входа в диффузор до полного исчезновения ядра потока. При средних углах расширения отрыв происходит уже на началь­ном участке.

Причиной отрыва потока является наличие положительного градиента давления на стенке, под действием которого частицы жидкости подтормаживаются. Вблизи стенки, где скорости потока очень малы, частицы жидкости могут начать двигаться в об­ратном направлении.

При углах расширения диффузоров примерно до 40° отрыв происходит не на всей поверхности, а лишь в некоторой области этой поверхности, т. е. на большей части диффузора поток дви­жется по стенке, и только в некоторой области он отрывается. Иногда эта область отрыва перескакивает на противоположную стенку диффузора, а иногда она перемещается по стенке. При углах расширения более 40° поток обычно полностью отрывается от всей поверхности диффузора.

Появление отрыва значительно снижает эффективность диф­фузора, так как препятствует восстановлению давления и повышает потери в диффузоре.