Конфузор
Зміст
Конфузор(наукове визначення)
Конфузор(від лат. confundo - вливаю) – ділянка протічного каналу у вигляді труби, яка звужується, зазвичай круглого або прямокутного перерізу. У випадку, коли в конфузор надходить потік рідини або газу зі швидкістю, меншою місцевій швидкості звука, тиск при переході від широкого вхідного до вузького вихідного перерізу падає, а швидкість і, відповідно, кінетична енергія потоку зростає, тобто течія має характер, зворотній течії в дифузорі. Якщо швидкість на вході в конфузор перевищує місцеву швидкість звука, в конфузорі відбувається гальмування потоку, яке може призвести до утворення ударних хвиль.
У конфузорі підвищеного вихроутворення зазвичай не виникає, рідина змінює напрямок плавно, і втрати тиску в основному пов'язані із зростанням швидкості. Невелике вихороутворення і відрив потоку від стінки з одночасним стисненням потоку виникає лише на виході з конфузора в місці з'єднання конічної труби з циліндричною. Заокругленням вхідного кута можна значно зменшити втрату напору при вході в трубу. Конфузор з плавно сполученими циліндричними і конічними частинами називається соплом. При зростанні кута розкриття конфузор перетворюється на раптове звуження, утворюються застійні зони з вихорами.
Види конфузору
- Раптове звуження труби;
- Поступове звуження труби;
- Сопло.
Технічний опис
Раптове звуження русла (труби) (рис. 3) завжди викликає меншу втрату енергії, ніж раптове розширення з таким ж відношенням площ. В цьому випадку втрата обумовлена, по-перше, тертям потоку при вході у вузьку трубу і, по-друге, втратами на вихроутворення. Останні викликаються тим, що потік не обтікає вхідний кут, з зривається з нього і звужується; кільцевий же простір навколо звуженої частини потоку заповнюється завихреною рідиною. В процесі подальшого розширення потоку відбувається втрата напору, яка визначається формулою Борда.Отже, повна втрата напору:
[math]{{h}_{1}}={{\zeta }_{0}}\frac{v_{x}^{2}}{2g}+\frac{{{({{v}_{x}}-{{v}_{2}})}^{2}}}{2g}={{\zeta }_{1}}\frac{v_{2}^{2}}{2g}[/math]
де [math]{{\zeta }_{0}}[/math] - коефіцієнт втрат, обумовлений тертям потоку при вході у вузьку трубу і залежний від [math]{{S}_{1}}/{{S}_{2}}[/math] і [math]\operatorname{Re}[/math]; [math]{{v}_{x}}[/math] - швидкість потоку у звуженому місці; [math]{{\zeta }_{1}}[/math] – коефіцієнт опору раптового звуження, який залежить від степені звуження. Для практичних розрахунків можна використовувати напівемпіричну формулу І.Є. Ідельчика:
[math]{{\zeta }_{1}}=(1-{{S}_{2}}/{{S}_{1}})/2=(1-1/n)/2[/math]
де [math]n={{S}_{2}}/{{S}_{1}}[/math] – степінь звуження. Із формули витікає, що в цьому випадку, коли можна враховувати [math]{{S}_{2}}/{{S}_{1}}=0[/math], тобто при виході труби із резервуара достатньо більших розмірів і при відсутності заокруглення вхідного кута , коефіцієнт опору [math]{{\zeta}_{1}}=0.5[/math] Заокругленням вхідного кута можна значно зменшити втрату напору при вході в трубу.
Поступове звуження труби , тобто конічна труба, яка звужується, називається конфузором (рис. 4). Течія рідини в конфузові супроводжується збільшенням швидкості і втратою тиску; так як тиск рідини спочатку конфузора вищий ніж в кінці, причин для виникнення вихроутворень и зривів потоку (як в дифузорі) нема. В конфузорі є тільки втрати через тертя. В зв’язку з цим опір конфузора завжди менший, ніж опір такого ж дифузора. Втрату напору на тертя в конфузорі можна підрахувати за допомогою такої формули:
[math]{{h}_{tr}}=\frac{{{\lambda }_{t}}}{8\sin (a/2)}(1-\frac{1}{{{n}^{2}}})\frac{v_{2}^{2}}{2g}[/math]
Невелике вихроутворення и відрив потоку від стінки з одночасним стисненням потоку виникає тільки на виході з конфузора в місці з’єднання конічної труба з циліндричною. Для усунення вихроутворень і зв’язаних з ним втрат,рекомендується конічну частину плавно сполучати з циліндричною, або конічну частину замінювати криволінійною, яка плавно переходить в циліндричну (рис. 5).При цьому можна допустити значну степінь звуження n при невеликій довжині вздовж осі і невеликих втратах.
Коефіцієнт опору такого плавного звуження, яке називають соплом, змінюється приблизно в межах [math]\zeta =0.03-0.1[/math], в залежності від степеня і плавності звуження і [math]\operatorname{Re}[/math] (великим [math]\operatorname{Re}[/math] відповідають малі значення [math]\zeta[/math] и навпаки).
Області використання конфузорів
Останнім часом, конфузор набув великого практичного значення.Починаючи з домашнього господарства, закінчуючи будовою літаків.
- Ось наприклад - вентилятори підпору повітря. Вони призначені для використання в системах протипожежного захисту для подачі свіжого повітря при пожежі. Також можливе їх застосування в загальнообмінній вентиляції.Конфузор, у даній конструкції, на вході даних вентиляторів необхідний для вирівнювання потоку і зниження вхідного опору. Його рекомендується використовувати в тому випадку, якщо вентилятор є першим агрегатом в мережі.
- Конфузор з поворотними жалюзями використовується для вимірювання напрямку повітряного потоку у повітряно-опалювальних/охолоджуючих апаратах.
- Також, він використовується в аеродинамічних трубах.У дозвуковій аеродинамічній трубі конфузор встановлюють перед її робочою частиною і часто називають коллектором.Головна вимога до конфузор в аеродинамічній трубі - забезпечити рівномірне поле швидкості у вихідному перерізі, щоб звести до мінімуму залежність результатів вимірювань від положення моделі по перерізу робочої камери аеродинамічної труби.
- Конфузор використовується при наявності димових вентиляторів при необхідності формування викиду диму на високих швидкостях .
- Без конфузора не зможуть функціонувати безліч приладів,які повязані з рухом газів і рідин.такі, як газовий водонагрівач, градирні, газові пальники,у яких конфузор прискорює і стабілізує газову суміш, та багато інших приладів.
Конструкція конфузорів
- Конфузор у вентиляції. Зовнішнє повітря з двох сторін вагона засмоктується вентилятором через парканні жалюзі і фільтри, а потім через дифузор, калорифер і конфузор нагнітається в повітропровід, звідки через вентиляційні решітки подається в приміщення вагона.
- Конфузор у водопостачанні. Водорозбризкуюче сопло - це елемент водорозподільної системи, яка монтується на робочих і магістральних трубах та забезпечує рівномірне розбризкування води по верху зрошувача з мінімальними втратами напору води.
- Конфузор у відцентровому насосі для перекачуваня рідини. Прямоосний конфузор використовуюють у тому випадку, якщо робоче колесо закріплене консольно на кінці валу насоса і вал не проходить через підвід. Конфузор володіє здатністю вирівнювати поле швидкостей. Гідравлічний опір конфузорів дуже малий. Таким чином, прямоосний конфузор задлвольняє всім вимогам.
Література
- "Гидравлика, гидромашины и гидроприводы" Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б Некрасов, Ю.Л. Бабайков, Ю.Л. Кириловский - 1982 р.
- "Авиация: Энциклопедия." М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. - 1994 р.
- "Гідравліка" Б.Ф. Левицький, Н.П. Лещій -1994р.
- Конспект лекцій з Гідрогазодинаміки для студентів груп КА,КТ.
