Дифузор
Зміст
Дифузор (наукове визначення)
Дифузор(у аерогідродинаміці) - частина каналу (труби), в якій відбуваються уповільнення (розширення) потоку і збільшення тиску. При швидкостях, не перевищують швидкості звуку, площа поперечного перерізу Дифузора вздовж потоку зростає, а при надзвукових швидкостях зменшується. Існує конструкція, зворотнього дифузору, звана конфузор - частина каналу, в якій відбувається з'єднання і плавний перехід більшого перерізу в менший. Рух повітря в конфузорі характеризується тим, що динамічний тиск у нього в напрямку руху потоку збільшується, а статичний - зменшується. Збільшується швидкість течії рідини чи газу.
Область застосування дифузорів
Дифузор застосовується в пристроях, у яких здійснюється переміщення рідин і газів (водопроводах, повітроводах, газопроводах, нафтопроводах, аеродинамічних трубах, реактивних двигунах та ін.) У електроакустиці частину механічної коливальної системи гучномовця, призначеної для порушення звукових хвиль у навколишньому повітрі.
У автомобілі.
Між робочою частиною труби й вентилятором розташований дифузор, у якому за рахунок плавного розширення повітряного потоку відбувається перетворення його кінетичної енергії в енергію тиску. Основним параметром дифузора є кут розкриття, що визначає ступінь розширення повітряного потоку
На повітряний потік у робочій частині труби з вільним струменем може вплинути форма уловлювальної лійки дифузора. Повітряний потік при виході із сопла збільшує свій поперечний переріз, тому, природно, що перетин уловлювальної лійки дифузора повинне бути більше поперечного перерізу сопла.
Крім того, для зменшення градієнта статичного тиску й втрат на вході навколо дифузора встановлюють спеціальне профільоване кільце. Для виходу надлишкового повітря, захопленого потоком, роблять спеціальні отвори. Напрямок повітряного потоку при вході у вузьку уловлювальну лійку, а при відсутності й наявності отворів.
Видалення повітря через отвори зменшує зворотний потік і вихреобразование. Додаткове поліпшення потоку при введенні крім отворів кільцевої щілини, що дозволяє майже повністю усунути зворотний плин. Показано вплив отворів в уловлювальній лійці (нижня частина малюнка), коли її вхідну частину виконують із гострими краями. Вплив на повітряний потік форми вхідного отвору, що може бути виконано конічним або з округленою крайкою
Відкрита труба прямої дії має більшу довжину. Для зменшення довжини й втрат кінетичної енергії будують замкнуті аеродинамічні труби, що мають ті ж основні частини, а крім того, що направляють лопатки в колінах, які змінюють напрямок потоку. У таких трубах потік робить повний поворот на 360° і, пройшовши через робочу частину, знову вертається в сопло. У кожному із чотирьох колін відбувається поворот потоку на 90°.
Технічний опис
При переході від меншого діаметра труби до більшого через поступове розширення (дифузор) втрати енергії значно зменшуються. Втрата енергії на такому опорі може бути визначена за формулою Борда з введенням в неї коригувального множника kд – так званого коефіцієнта пом’якшення, який залежить від кута конуса α. Отже
- [math]h_{p.r}=k_{d}\frac{(v_{1}-v_{2})^{2}}{2g}[/math]
В області аеродинаміки, дифузор, наприклад, у надзвукових літаків, які використовуються для уповільнення повітря в турбіні двигуна на дозвуковій швидкості, леза, як потік повітря навколо роторів і статорів тільки в дозвуковій області. Коли справа доходить до надзвукової швидкості на лопаті роторів і статорів в реактивному русі, відриває потік, і диск виходить з ладу. Крім того, ударні хвилі проходять через текуче середовище , яке може зруйнувати двигун.
текучого середовища сама перебуває в надзвуковою швидкістю і також доступна на надзвуковій швидкості залишаються омолодити немає (наприклад, повітрозабірник ), то розширюються, сопла в напрямку потоку. У статті вмирають це парадоксальне явище пояснюється. У гідродинаміці впливати на явищі кавітації застосовується, і аеродинаміки в області звуку, дифузор дуже складний компонент розраховується. Для головки з кутом відкриття [math]\alpha \gt 8\,^{\circ}[/math] (надкритичних дифузор) призводить до дисипації потоку через загін дифузор стіни, це призводить до сильної турбулентності у перехідній області в мертві зони. У раптового поперечного перерізу розширення ([math]\alpha = 90\,^{\circ}[/math]) один і говорить про "Карно втрати шок", дифузор називається горло пластини. У такій дифузор, потік доходить до відстані близько восьми до десяти разів великого діаметра повернутися до цього питання.
Якість дифузор описується за "дифузор ефективності " [math]\eta_D[/math] або "тиск точки відновлення ". Розрахунок для нестисливої рідини (Маха <0,3) Щодо проста, проте, ефект від дифузора у разі відмови від турбулентних і грузлих потоків (тобто, це не з-за різкої зміни перерізу або старійшина. Вихори і тертя середовища на стінах можна знехтувати) є. Тоді рівняння Бернуллі спрощений
- [math]p+\frac{1}{2}\rho v^2= \text{konstant}[/math].
P називається статичний тиск, що діє на дифузор напам'ять, ρ щільність середовища і V його швидкості. (Примітка:. Рівнянню Бернуллі спрощеною про те, що відмінності у висоті не розглядаються) Як видно, статична зниження тиску р, коли потік збільшується швидкість V.
З durchströmmen в трубці зі змінним перерізом в кожній точці ж об'єму за одиницю часу має бути очевидно, що швидкість потоку v1 на перетині А1 швидкість потоку v2 в крос A2 розділі назад пропорційно відношенню перерізів себе, Є так повинні:
- [math]\frac{v_1}{v_2}=\frac{A_2}{A_1}[/math] bzw. [math]v_2=\frac{A_1}{A_2} v_1[/math]
Також застосовується для вище (спрощена) рівняння Бернуллі:
- [math]p_1+\frac{1}{2}\rho v_1^2 = \text{konstant} = p_2+\frac{1}{2}\rho v_2^2[/math]
Обидва разом:
- [math]p_1+\frac{1}{2}\rho v_1^2=p_2+\frac{1}{2}\rho \left(\frac{A_1}{A_2} v_1 \right)^2[/math]
або перетворені:
- [math]p_2-p_1 = \frac{1}{2}\rho v_1^2 \left(1-\left(\frac{A_1}{A_2}\right)^2\right)[/math]
Тобто, при збільшенні перерізу (дифузора: А2> А1), тиск збільшується (і зменшується витрата) і зі зменшенням перерізу (сопло: A2 <А1), тиск зменшується (і збільшує швидкість потоку).
Для дуже вузького перетину або дуже в'язких середовищ на додаток до урахуванням втрат на тертя, а також зустрітися раптові зміни в перетинах, що відбуваються турбулентності повинні бути прийняті до уваги (див. наступний розділ).
Математичний опис
Коли раптове зміна перерізу, в динаміці рідини, визначені ξ рівень втрат:
- [math]\xi_D=(1-\left(\frac{A_1}{A_2}\right))^2[/math]
З точки втрати і розширений набір Бернуллі гідравлічних труб (розгляд дисипації) наступним чином:
Енергія: [math]\Delta p=p_1-p_2+\frac{\rho}{2}(w_1^2-w_2^2)=\xi_D\frac{\rho}{2}w_1^2[/math]
Масова закон збереження: [math]w_1=\frac{A_2}{A_1}w_2[/math] für [math]\rho = \text{konstant}[/math]
- [math]p_1-p_2=\frac{\rho}{2}\left(\xi_D w_1^2-(w_1^2-w_2^2)\right)=\frac{\rho}{2}w_1^2\cdot \left(\xi_D-1+\left(\frac{A_1}{A_2}\right)^2 \right)[/math]
Конструкція дифузорів
- Акустичний дифузор звичайно виготовляється із спеціальних сортів паперу і гнучко кріпиться до металевого корпусу гучномовця.
- Дифузор у фототехніці пристосування для одержання фотографічного зображення м'якого малюнка. Являє собою: а) плоскопаралельну скляну пластинку з квадратною сіткою або концентричними колами, нанесеними алмазом на відстані 2-3 мм; б) вузькі смужки скла шириною 0,1 діаметру об'єктиву і товщиною 0,8-1 мм. Смужки і платівки зміцнюються в оправу, яка одягається на об'єктив фотоапарата або фотографічного збільшувача після наведення на різкість.
- Дифузор у виробництві глиноземуапарат для проточного вилуговування дробленого бокситового спека. Зазвичай 12-14 таких апаратів з'єднуються послідовно, утворюючи батарею. Особливість проточного вилуговування в Д. полягає в тому, що спекnh в них залишається весь час нерухомим на гратчастому днищі, а розчин послідовно в кожному Д. просочується через товщу спека. Обмиваючи кожну окрему частку, а також проникаючи по порах всередину її, розчин витравлюють розчинні складові. В один кінець батареї подається гаряча вода, з ін зливається концентрований розчин алюмінату натрію. Всі Д. з'єднані трубопроводами; за допомогою кранів можна відключити будь-який з них, не порушуючи роботи інших. Д. з вилуженими спеков періодично відключають, а в ін кінці батареї замість нього включають Д. зі свіжим спікся. Зазвичай в батареї з 14 Д. 12 знаходяться в роботі, 1 під завантаженням і 1 під розвантаженням.
- Дифузор в харчовій промисловості
- Дифузор у вентиляції
Література
Ландау Лев Давидович | Ландау Л.Д., Ліфшиц, Євген Михайлович | Ліфшиц О.М. - Курс теоретичної фізики Ландау і Ліфшиця | Теоретична фізика (Том 6. Гідродинаміка). Глава II. В'язка рідина. § 23. Точні рішення рівнянь руху в'язкої рідини. Течії в дифузорі
