Дифузор

Дифузор (наукове визначення)

Дифузор у вигляді комина

Дифузор-це перехід від меншого діаметра труби до більшого через поступове розширення.

Дифузор(у аерогідродинаміці) - частина каналу (труби), в якій відбуваються уповільнення (розширення) потоку і збільшення тиску. При швидкостях, які 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°. А також у професійних фенах для укладання волосся

Технічний опис

Дифузор(схема)

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]

або

[math]h_{p.r}=k_{d}\frac{(v_{1}-v_{2})^{2}}{2g}[/math]

При α<200 (що, зазвичай має місце) kд≈sinα.

Втрата енергії на тертя на безмежно малій ділянці дифузора згідно з формулою Дарсі-Вейсбаха становить

[math]dh_{l}=\lambda \frac{dl}{2r}\frac{v^{2}}{2g}[/math]

де V- середня швидкість в перерізі радіуса r.

Враховуючи, що dl=dr/sin(α/2), відповідно до рівняння нерозривності V=V1(r1/r2)2 записуємо

[math]dh_{l}=\frac{\lambda }{2r\sin (\alpha /2)}\frac{v_{1}^{2}}{2g}(\frac{r_{1}}{r})^{2}[/math]

Якщо знехтувати зміною коефіцієнта λ по довжині дифузора, то після інтегрування від r1 до r2 і деяких перетворень знайдемо, що

[math]h_{l}=\frac{\lambda }{8\sin (\alpha /2)}(1-\frac{w_{1}^{2}}{w_{2}^{2}})\frac{v_{1}^{2}}{2g}[/math]

Таким чином, сумарні втрати напору в дифузорі

[math]h_{d}=[k_{d}(1-\frac{1}{m})^{2}+\frac{\lambda }{8\sin (\alpha /2)}(1-\frac{1}{m^{2}})]\frac{v_{1}^{2}}{2g}[/math]

де через m=ω2/ω1 позначено ступінь розширення потоку. Вираз у квадратних дужках являє собою коефіцієнт опору дифузора ξд . Як бачимо, ξд=f(λ, α, m). Ця функція має мінімум при певному найвигіднішому оптимальному значенні кута α. Тоді диференціювання по α і прирівнювання похідної до нуля дає

[math]\alpha =\alpha_{opt}\arcsin \sqrt{\frac{m+1}{m-1}\frac{\lambda }{4}}[/math]

При λ=0,015...0,25 і m=2...4 одержимо оптимальне значення кута α=60, що відповідає експериментальним даним. Практично вважають, що найвигідніший кут конуса α=5...80.

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.

Для головки з кутом відкриття [math]\alpha \gt 8\,^{\circ}[/math] (надкритичний дифузор) призводить до дисипації потоку через загін стіни дифузора , це призводить до сильної турбулентності у перехідній області в мертвої зони. У раптовому поперечному перерізі розширення ([math]\alpha = 90\,^{\circ}[/math]) , дифузор називається горлом пластини. Якість дифузора описується за "ефективністю дифузора " [math]\eta_D[/math] або "тиск точки відновлення ". Розрахунок для нестисливої ​​рідини (Маха <0,3) (тобто, вихорами і тертям середовища на стінках можна знехтувати) . Тоді рівняння Бернуллі спрощене

[math]p+\frac{1}{2}pv^{2}= \text{konstant}[/math].

P називається статичним тиском, що діє на дифузор , ρ щільність середовища і V його швидкость. Як видно, статична зниження тиску р,відбувається коли збільшується швидкість V потоку.

В трубці зі змінним перерізом в кожній точці їх об'єму за одиницю часу є очевидним, що швидкість потоку v1 на перетині А1 та швидкість потоку v2 на перетині A2 пропорційне відношенню перерізів :

[math]\frac{v_1}{v_2}=\frac{A_2}{A_1} bzw. v_2=\frac{A_1}{A_2} v_1[/math]

Також для цього застосовується (спрощене) 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).

Математичний опис

Коли раптова зміна перерізу, в динаміці рідини, визначається рівень втрат ξ :

[math]\xi_D=(1-\left(\frac{A_1}{A_2}\right))^2[/math]

З точки втрати рівняння Бернуллі для гідравлічних труб (розгляд дисипації) записується 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]

Масовий закон збереження: [math]w_1=\frac{A_2}{A_1}w_2[/math] де [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 це 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 глинозему апарат для проточного вилуговування дробленого бокситового спека. Зазвичай 12-14 таких апаратів з'єднуються послідовно, утворюючи батарею. Особливість проточного вилуговування в дифузорі полягає в тому, що спектр в них залишається весь час нерухомим на гратчастому днищі, а розчин послідовно в кожному дифузорі просочується через товщу спека. Обмиваючи кожну окрему частку, а також проникаючи по порах всередину неї, розчин витравлюють розчинні складові. В один кінець батареї подається гаряча вода, з іншого зливається концентрований розчин алюмінату натрію. Всі дифузори з'єднані трубопроводами; за допомогою кранів можна відключити будь-який з них, не порушуючи роботи інших дифузорів з вилуженими спеквами періодично відключають, а в іншому кінці батареї замість нього включають дифузор зі свіжим спікся. Зазвичай в батареї з 14 дифузорів 12 знаходяться в роботі, 1 під завантаженням і 1 під розвантаженням.
• Дифузор в харчовій промисловості
• Дифузор у вентиляції

Література

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 | Гідравліка (загальний курс) Б.Ф. Левицький , Н.П. Лещій

Посилання

• Определение «Диффузор» в БСЭde:Diffusor