CN206613315U

CN206613315U - 扩散器

Info

Publication number: CN206613315U
Application number: CN201490001203.6U
Authority: CN
Inventors: T·吉姆; D·巴拉特
Original assignee: University of the Witwatersrand, Johannesburg
Current assignee: University of the Witwatersrand, Johannesburg
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2017-11-07
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: WO2015049647A1

Abstract

本实用新型涉及一种扩散器(50、80、100)。该扩散器(50、80、100)包括入口(52、82、102)、出口(54、84、104)以及位于入口与出口之间的发散流动通道。该通道具有侧壁(66.1、66.2、86.1、86.2、106)，侧壁的至少一部分侧壁以发散角(θ)发散。一组(68、94、116)元件(70、96、116)至少部分位于流动通道内，从而使元件处于入口(52、82、102)与出口(54、84、104)之间的流体流动路径中。在优选实施例中，元件设置成使得它们沿标称的顺流方向72交错，但是沿着流动通道的侧壁(66.1、66.2、86.1、86.2、106)的发散部线性地对齐。由于沿着通道的侧壁(66.1、66.2、86.1、86.2、106)的对齐元件(70、96、116)而使沿着边界壁的流体动量在使用中增加，并且静压降在使用中借助交错元件、通过流体的分散而沿顺流方向引起。扩散器(50、80、100)减少边界层分离以实现扩散器的出口(54、84、104)处的大体均匀的流速。

Description

扩散器

技术领域

本实用新型涉及一种扩散器。特别地(但不排他地)，本实用新型涉及一种用于调节供应到过滤设备(例如，静电除尘器)的流体的流体流动特性的扩散器。

背景技术

发电期间产生的废气通常包含颗粒物(典型地为液体或固体悬浮颗粒的形式)，这对人类健康和环境来说是可辨认的风险。因此，多种气体净化过程已经被开发出来以用于从废气中去除颗粒。其中最普遍的技术是静电沉降[1]。为了有效运行，静电除尘器(ESP)要求废气流的速度低且均匀，这可以借助于ESP上游的扩散器的使用来实现[2]。但是，扩散器固有地易受到边界层分离侵害[3]。

图1示出一种已知扩散器200，其中边界层已经分离。发散角θ与扩散器的入口区域A₁和出口区域A₂一起被指出。流动被分离的边界层限制，使得芯部喷射(core jet)202通过扩散器的中心。因此，扩散器下游的流动既非低速也不均匀，这对ESP性能具有不利影响。

边界层分离发生在扩散器内，因为边界层中的流体动量被逆压梯度所克服。因此，边界层分离可以通过两种方式防止，即通过减少逆压梯度以及通过增加边界层中的流体动量。这两种方法都已经通过以往的研究[4、6-9、11-27]被分别开发而用于扩散器。

为了减少逆压梯度，必须理解其存在的原因[4]。首先，扩散器的入口206处的凸角204引起流体速度的突变，而这必然导致逆压梯度[5]。其次，扩散器壁208的发散导致静压恢复，这也产生逆压梯度。建议通过对入口角204倒角[4]或者增加扩散器壁208[6、7]的曲率来减少压力梯度。但是，已经发现，这些方法对减少压力梯度的效果并不像减少扩散器的发散角θ的效果那样有效[8]。渐进式发散，即发散角θ的减小，不总是适合，因为它与空间限制相冲突。ESP扩散器的面积比(A2/A1)通常在10到20的范围之间[2、9]，如果发散角θ小则会导致扩散器长。在紧凑性优先的应用中，必须使用广角扩散器设计，从而导致强的逆压梯度。

如上所述，防止边界层分离的第二种方式是增加边界层的流体动量。增加近壁流体动量可以通过使用或不使用辅助电源的多种方法来实现[10]。不需要辅助电源的方法(又称为被动法)包括使用涡流发生器[11]、导向叶片[12-14]、分流板[15-16]以及网[7]。另一方面，需要辅助电源的方法(又称为主动法)包括使用移动壁[17]、抽吸[18]或者吹送[19]的使用。所有这些途径先前均已应用于扩散器，这由Mehta全面回顾[20]。

在这些方法中，网被认为是广角扩散器设计中的主要技术[20]，这主要是由于可达到流动均匀性[21]。网在扩散器内引起大量的总压力损失，但是广角扩散器并非意在压力恢复[20]。ESP扩散器在所有因素中优先考虑流动均匀性以及紧凑性；因此网通过大量研究[9、22-27]而广泛优化之后被普遍应用[2]。

网增加扩散器的壁附近的流体动量所采用的机制是“撞击”效果，其中碰到网的流动向扩散器壁展开，从而减少边界层厚度以及因此抑制分离[7]。但是，使用网的一个缺点是它只能在有限的顺流方向附近区域内防止分离。顺流方向是材料流或流体流进入扩散器的方向。鉴于这个缺点，广角扩散器通常需要多个网。确定所需的网的数量、以及每个网的顺流方向位置和孔隙率(即开口面积)是大量的设计工作。确实存在帮助这些设计的指南[20]，但是特定扩散器的具体尺寸总是会决定最佳配置。网式扩散器长期以来的问题是结构完整性[20、27、28]。例如，金属丝网(wire-gauze screen)在高速流体中拉紧并且可能被颗粒阻塞。结果，金属丝网需要定期维护[20]。另一方面，已经发现多孔板的网在使用中会被磨损[27、28]。多孔板的网容易被磨损，因为流动面积的突然减少可能导致高的局部速度穿过板孔而增加侵蚀。虽然网可以用于防止ESP扩散器中的边界层分离，但由于其是设计和维护密集型的，这个解决方案并不理想。

鉴于上文，建议防止边界层分离的当前方法具有若干缺点是显而易见的。如上所述，扩散器的渐进式发散与空间限制相冲突，而网式扩散器是设计和维护密集型的。而且，每个当前方法仅包含上述两种能够抑制边界层分离的手段的其中之一。换言之，当前方法的目标在于边界层中的流体动量或者压力梯度，但是没有同时包含两者。

本实用新型的目的是减轻至少一些现有扩散器、特别是广角扩散器存在的问题。

本实用新型的另一目的是提供一种扩散器和方法，其将是对于减少边界壁分离的现有扩散器和方法的有用的替代。本实用新型的再一目的是提供一种通过在增加近壁流体动量时减少逆压梯度来减少广角扩散器内的边界层分离的扩散器和方法。

实用新型内容

根据本实用新型，提供一种具有入口和出口的扩散器，该扩散器包括：

分流通道，位于入口与出口之间，该通道具有侧壁，该侧壁的至少一部分以一发散角发散；以及

一组元件，至少部分地位于流动通道内，从而使元件处于入口与出口之间的流体流动路径中，至少一些元件设置成使得它们沿标称的顺流方向(stream-wise direction)交错，但是沿着流动通道的侧壁的发散部线性对齐，

其中，由于沿着通道的侧壁的对齐元件而使沿着边界壁的流体动量在使用中增加，并且静压降在使用中借助交错元件、通过流体的分散而沿顺流方向实现，从而减少边界层分离以大体实现扩散器的出口处的均匀流速。

这组元件的孔隙率，即没有被元件占据的元件组的体积，可以在约0.9与约0.99之间，优选地在大约0.950与约0.99之间，以及更优选地为约0.989。

该组中的元件可以设置在等边三角形单元格中。

这些元件可以是大体彼此平行地延伸的柱体的形式。柱体的横截面优选地是圆形的。

在这组元件的一个实施例中，这组元件包括多排、优选地为20排柱体，这些柱体沿着标称的顺流方向分布。每排柱体优选地比前一排多一个柱体。

在本实用新型的一个实施例中，该组包括约350至400个柱体。该组可以包括约390个柱体。

在本实用新型的另一实施例中，扩散器可以包括第二组柱体，其中发散通道在大体彼此垂直的两个平面中发散，并且其中第一组柱体和第二组柱体设置成大体彼此垂直，从而使第一组的柱体大体垂直于第二组的柱体延伸，使得流体流在发散的两个平面中分散。

第一柱体组和第二柱体组的柱体可以设置在一致的平面中，从而使它们彼此叠放(collapse)以形成网格状结构。第一柱体组的柱体延伸的平面可以沿顺流方向、与第二柱体组的柱体延伸的平面分离。

在这个实施例中包括两个垂直组的元件，结合的组的元件的孔隙率可以为约0.98。

在本实用新型的再一实施例中，该组元件包括一套直径变化的同心元件。同心元件可以是环的形式，这些环设置成最外端的环与扩散器的内表面一致(相符)，并且内部环沿顺流方向交错，从而使流体沿着发散的圆锥表面被引导并且远离扩散器轴线发散，导致扩散器出口处近似均匀的流速。

根据本实用新型的第二方案，提供一种改进扩散器的流体流速的均匀性的方法，该扩散器包括入口、出口以及入口与出口之间的发散流动通道，该通道具有侧壁，该侧壁的至少一部分以一发散角发散，该方法包括以下步骤：

提供一组至少部分地位于流动通道内的元件，从而使元件处于入口与出口之间的流体流动路径中；

相对于标称的顺流方向分散流体的流动，从而引发横跨该组元件的静压降；以及

使沿着通道的发散部的边界壁的线性的流体流动能够沿着边界壁增加流体动量；

从而减少边界层分离，以大体实现扩散器的出口处的均匀流速。

该方法可以包括通过提供第二组柱体而在两个发散的平面中分散流体流动，其中第一组柱体和第二组柱体设置成大体彼此垂直，从而使第一组的柱体大体垂直于第二组的柱体延伸。

该方法使用根据本实用新型的第一方案的扩散器来实施。

附图说明

现在，将仅经由示例、参考附图来更具体地描述本实用新型，在附图中：

图1示出现有的扩散器的平面剖视图；

图2(a)示出根据本实用新型的测试扩散器的平面剖视图，其中柱体组是可见的；

图2(b)示出图2(a)的扩散器的俯视剖视图；

图3示出实验期间使用的图2(a)的扩散器的计算模型的示意图；

图4示出图2(a)的扩散器的柱体组孔隙率的计算优化；

图5示出用于空扩散器的下游速度轮廓图(ε＝1)；

图6示出用于具有低孔隙率的柱体组的下游速度(ε＝0.73)；

图7示出用于具有高孔隙率的柱体组的下游速度(ε＝0.99)；

图8示出图2(a)的扩散器的柱体组的空气动力学各向异性的示意图；

图9(a)示出流经图2(a)的扩散器的柱体组的总体流动分布(global flowdistribution)的端壁流动可视化视图；

图9(b)示出绕图2(a)扩散器的柱体组的单个柱体的流动的端壁流动可视化视图；

图9(c)示出图9(b)的端壁流动可视化的示意图；

图10示出沿图2(a)的扩散器的侧壁的实验静压分布图；

图11(a)示出过大的孔隙率状态(excessive porosity regime)的流体流动轮廓；

图11(b)示出不足的孔隙率状态(deficient porosity regime)的流体流动轮廓；

图11(c)示出临界的孔隙率状态的流体流动轮廓；

图12示出根据本实用新型的椎体测试扩散器的立体图；

图13示出图12的棱锥形扩散器的剖视图；

图14示出图12的棱锥形扩散器的端部剖视图；

图15示出图12的棱锥形扩散器在图13中可视的横断面B处下游的速度轮廓图；

图16示出根据本实用新型的第一实施例的扩散器的立体图；

图17示出图16的扩散器的平面剖视图，其中该扩散器的柱体组是可视的；

图18示出图16的扩散器的侧视图，其中柱体组的柱体所处的方向是可视的；

图19示出根据本实用新型的第二实施例的棱锥形扩散器的立体图；

图20示出图19的棱锥形扩散器的平面剖视图，其中该棱锥形扩散器的柱体组是可视的；

图21示出图19的棱锥形扩散器的端视图；

图22示出根据本实用新型的第三实施例的圆锥形扩散器的立体图；

图23示出图22的圆锥形扩散器的平面剖视图；以及

图24示出图22的圆锥形扩散器的端视图。

实验测试和结果

参考图2(a)至图15，相同附图标记表示相同特征，根据本实用新型的测试扩散器的两个实施例一般分别由附图标记10和40表示。测试扩散器10、40在实验验证和实验期间使用。

构造

扩散器10是广角扩散器，且具有柱体组12，柱体组12包括多个分别间隔开的柱体14。在图2(a)中，可以看出的是柱体14在交叉流动中周期性地布置。

图2(a)所示的扩散器10为广角发散流动通道的形式，该广角发散流动通道与各自等截面的矩形导管或管道16和18流体连通。管道16还被称为入口管道，而管道18还被称为出口管道。扩散器10在图2(a)所示的x-y平面中具有30°的发散角θ。换言之，扩散器10在x-y平面中以大约60°的夹角2θ发散。因此，扩散器10在x-z平面中具有恒定高度H，如图2(b)所示。因此，扩散器10仅在单个平面(即x-y平面)中分散，且因而具有所谓的二维构造。扩散器10与入口管道16和出口管道18一起形成测试中使用的实验测试设置或者装备(rig)20。

发明人已经确定柱体组12的孔隙率是影响边界层分离以及流经扩散器10的流体的流动均匀性的主要参数。在实验测试期间，柱体组12的孔隙率的优化首先对二维广角扩散器10执行，并且结果在此后延伸到根据下述实用新型的第二实施例的三维测试棱锥形扩散器40。

返回到测试扩散器10的第一实施例，该测试扩散器具有宽度分别为Q和O、长度为L、高度为H的入口22和出口24、以及长度W的侧壁26。实验测试期间使用的测试装备20的尺寸在如下的表1中给出。

入口宽度(Q)	55mm
		出口宽度(O)	170mm
长度(L)	100mm
		高度(H)	30mm
侧壁长度(W)	115mm
		发散角(θ)	30度

表1：扩散器10的截面参数

柱体组12被仔细构造且包括390个圆柱体14，这些圆柱体设置在如图2(a)的细节图所示的等边三角形单元格(unit cell)中。柱体14沿顺流方向(即沿着x轴的由附图标记28指代的流动方向)交错，并且布置为沿着扩散器侧壁26彼此一致性排列(对齐)。在扩散器10的第一实施例中，具有沿标称的流动方向28(即，x轴)分布的20排柱体14。最靠近入口22的第一排柱体包含10个柱体，并且之后的每一排比前一排多一个柱体。为了清楚，在这个柱体14的构造中，最后一排具有29个柱体。在柱体组12中，柱体14是固定的。鉴于这些柱体的中心之间距离S不变的事实，柱体组12的孔隙率ε表示为柱体直径d的函数[29]。

值得注意的是，柱体组的孔隙率的改变不构成柱体14的添加或去除。它也不构成柱体14的位置的改变。柱体14的直径d单独变化。表2中列举出柱体组12的具体参数。

表2：柱体组参数

参数

柱体组孔隙率的优化最初使用计算流体动力学(CFD)对柱体组12的二维构造执行。典型的实例在之后经实验证实。扩散器10的几何形状和雷诺数(R_eQ)不变，且仅柱体组12的孔隙率变化。对于每种情况，扩散器10下游的流动均匀性被考虑，且沿着扩散器侧壁26的静压分布(表明对边界层分离的敏感性)也被考虑。扩散器10内的端壁流是直观的，并且用于解释该端壁流的分布。

雷诺数

雷诺数(Re_Q)的特征长度是扩散器入口Q的宽度[3]，且特征速度是扩散器入口处(图2(a)和图2(b)的横断面I处)的平均顺流速度：

其中v表示空气的运动粘度。3(10⁴)的不变雷诺数被考虑为用于一个柱体组12的二维构造。用于ESP的扩散器通常以较高的雷诺数进行操作，但是雷诺数R_eQ＞10⁴对流态影响微弱，尤其是在扩散器几何形状苛刻(severe)时。

入口边界层条件

已知入口边界层的厚度还影响扩散器10的性能。例如，薄边界层使分离延迟。但是，对于严重的扩散器几何形状并不明显，这些扩散器几何形状易于严重失速(无论入口边界层条件如何)[3]。由于通常在该设备之前的大的伸展长度，用于ESP的扩散器也不太可能遇到使用中的薄边界层。因此，并没有对在扩散器入口处产生薄边界层产生影响——测量的位移厚度(2δ*/Q)为0.1，这稍小于具有1/7指数速度轮廓(power velocity profile，指数速度分布)的完全伸展的湍流通道流(2δ*/Q＝0.125)。

扩散器下游的流动均匀性

对于应用到ESP的广角扩散器的有效性的主要测量值是流动均匀性，流动均匀性由扩散器下游(图2(a)和图2(b)的横断面II处)的速度轮廓来确定。柱体组的孔隙率的范围借助典型实例的试验验证已经进行数值模拟。使用Pitot探针结合多通道差压换能器(multi-channel differential pressure transducer)(图中未示出)、沿着扩散器10的中心平面(即，图2(a)的x-y平面)测量速度轮廓。

使用均方根百分比(RMS％)来量化速度轮廓的均匀性[9]，均方根百分比(RMS％)被定义为：

其中是轮廓的平均顺流速度，而U_rms是均方根速度，用于一组等距数据点的U_rms被定义为：

其中n是数据点的总数，以及u_i是位置i处测量的局部顺流速度。

完全均匀的速度轮廓显示出的RMS％为零，而所有其它情况将会产生大于零的RMS％。作为ESP性能的指标的这个统计数值的有效性已经受到质疑[28]；但是，作为流动均匀性的测量，RMS％已经被若干相关研究采用[9、22、26]，并且为了进行比较而在此使用。

沿扩散器侧壁的静压分布

沿扩散器侧壁26的压力梯度表明对边界层分离的敏感度。压力分布由静压系数(C_p)来概括：

其中P₁是扩散器入口22(图2中的横断面I)处的静压；ρ是流体密度，而p是限定C_p的点处的局部静压。

对于数值结果的实验验证，静压取压孔(static pressure tapping)30被放置在图2(a)所示的第一实施例的扩散器10的侧壁26上。沿着扩散器10的中心平面(即x-y平面)布置取压孔(tapping)30。如图2(a)所示，在扩散器10之前的管道16上均匀分布有5个取压孔，且在扩散器部分之后的管道16上均匀分布有另外5个取压孔。沿着扩散器10的侧壁26均匀分布有16个取压孔。多通道差压传感器(附图中未示出)用于记录压力数据。

端壁流可视图

发明人使用油染料技术来提供扩散器10内的端壁流可视图。荧光染料混合有轻柴油，且混合物被涂在端壁上。经过的流体剪切混合物且逐渐使油蒸发，导致染料沿着按时间平均的流线(time-averaged streamlines，时均化流线)凝结。混合物的粘性由染料对油的比例来控制，这个比例可以通过试错法优化。随后，紫外线用于使按时间平均的流场可视化。

数值模拟

扩散器10下游的流动均匀性由柱体组12的孔隙率决定。柱体组孔隙率的范围已经使用商业软件ANSYS Fluent 14.5版本而被数值模拟成二维构造。数值模拟已经用于鉴定典型孔隙率实例，从而限制所需实验的次数。

一般情况(general)

在稳定状态下执行模拟以分析按时间平均的流场。基于压力的求解器被采用，因为低空气速度使压缩性效应可以被忽略。温度效应也被忽略，并且因此空气密度和粘性在整个域(domain)中不变。流体性质在施加于该域的经测量的边界条件的压力和温度条件下进行评价。耦合的压力-速度算法排他地结合空间二阶精度方法而被使用。借助下游速度轮廓的标准偏差以及与连续性、动量和湍流模型方程有关的标准化剩余误差来监控迭代收敛(iterative convergence)。标准偏差值需要稳定在0.01％内，并且所有标准化剩余误差需要在停止该解决方案之前降低至少4个数量级。

流体域

借助平面流体域(隐含地假设为二维流场)执行模拟，从而接近扩散器的中心平面(x-y平面)。通过柱体组的流动已经被实验观察为三维，导致扩散器10的下游测量的数值的速度轮廓与实验的速度轮廓之间的流速不相符。15％的流速的最大差异使用辛普森法则(Simpson’s rule)、利用速度轮廓的数值积分法计算而得到。尽管存在流速的差异，但RMS％的模拟与实验值接近一致。

边界条件

图3中描绘了该域的示意图，表明了边界条件。实验测量的速度轮廓被应用于图2(a)和图2(b)中的横断面I处的域的入口处。经发现，测量的入口速度轮廓对扩散器10的容量(content)相当不敏感，使其能够用作所有模拟的通用边界条件。入口边界上施加有55个实验数据点。该域还由对称平面和非渗透侧壁界定；流体离开该域而进入到测量的外界压力条件下。

建网(Meshing)

图3中还示出网状结构(mesh)的细节视图。由于柱体组12的复杂几何形状，扩散器10被离散成非结构化三角形。入口和出口被离散成结构化四边形。将扩散器侧壁26和柱体14的表面划线(line，以线条标示)的膨胀层(inflation layer)产生总是小于1的y+值[30]。根据文献[31、32]的建议，所有边界层跨越至少15个单元格。

离散不确定度

由于总体网格(grid)解析度而导致的数值不确定度采用最小二乘法网格收敛指数(Least Squares Grid Convergence Index，LSGCI)来估计[33]，该指数被视为属于离散不确定度的最可靠指标[34]。每个孔隙率实例采用至少四个网格。连续网格细化常常使边缘尺寸减少至少1.3的因数。在适当附图中采用误差线(error bar)表明离散不确定度。

湍流建模

多种雷诺平均纳维斯托克斯方程(Reynolds-Averaged Navier-stokes，RANS)湍流模型已经被应用于横向流中的柱体组。基于Ω的模型通常在头几排柱体的发展中的(developing)流动区域更成功。基于ε的模型更好地执行于之后的已发展的(developed)流动区域[35]。包含在二维扩散器10内的柱体组12包括20排，这足够使头几排的入口效应无效[36]。因此，可采用可实现的k-ε湍流模型，并且结合对于低y+值建议的增强壁处理(Enhanced Wall Treatment)[31]。

优化

二维扩散器10下游的流动均匀性通过多种柱体组孔隙率的数值模拟来优化。优化中的典型实例被单独分析和实验验证。

数值优化的结果在图4中示出。纵坐标是图2(a)和图2(b)中的横断面II处的下游速度轮廓的RMS％(将到均匀性的偏差进行量化，见公式(3))，而横坐标是占据扩散器10的柱体组12的孔隙率ε。按惯例，RMS％小于15的速度轮廓被认为是高度均匀[9]。由于离散化，RMS％的误差线是以数值不确定度为基础，采用LSGCI方法估算[33]。

图4证明空扩散器(ε＝1.00)显示出高度非均匀流。低孔隙率(0.73＜ε≤0.88)柱体组的引入几乎没有改进。但是，高孔隙率柱体组(0.88＜ε≤0.98)导致流动均匀性的显著改进。最终，超高孔隙率(0.98＜ε＜0.99)柱体组的引入产生优异的(exceptional)流动均匀性，这正好在ESP的可接受极限内[9]。以相当高的孔隙率0.99实现优化的性能，建议柱体仅需要阻挡1％的扩散器来实现均匀流。

分析

选择用于独立分析和实验验证的实例包括空扩散器(ε＝1.00)、低孔隙率(ε＝0.73)成组式(banked)扩散器的极限实例以及超高孔隙率(ε＝0.99)成组式扩散器的优化构造。图5至图7示出用于空扩散器的扩散器下游的数值和实验速度轮廓的比较。局部顺流速度u在扩散器入口22处通过平均顺流速度而标准化。横向距离y通过扩散器出口宽度O标准化(normalise，正常化)。因为对称，这里仅示出一半的通道(0.0≤y/O≤0.5)。与每个轮廓相关的RMS％被指出。任何值的最大实验不确定度是±0.02，采用Holman中所报告的方法来估算[37]。由于离散化而产生的数值不确定度用误差线来表示。

空扩散器

图5描绘空扩散器(ε＝1.00)的下游速度轮廓。边界层分离发生在扩散器入口处，这导致芯部喷射通过扩散器的中心(0＜y/O＜0.2)。芯部喷射的峰值速度与入口速度一样高，表明可忽略的流动扩散(flow diffusion)。逆流占据扩散器的外围(0.3＜y/O＜0.5)。由于与在未知流动方向的区域中使用Pitot探针测量波动压力相关的误差，实验轮廓没有捕获逆流的区域。轮廓的残余部分(remainder)示出数值轮廓与实验轮廓之间良好的一致性(agreement)[38]。因此，大约130的数值模拟RMS％被认为是典型值，其表明了高度非均匀流。

低孔隙率成组式扩散器

图6描绘了低孔隙率成组式扩散器(ε＝0.73)的下游速度轮廓。数值轮廓与实验轮廓之间的一致性良好。低孔隙率柱体组的插入生成对于失速扩散器的完整逆流分布：一股流(a jet of flow)在扩散器侧壁附近聚集(0.4＜y/O＜0.5)，在扩散器中心(0＜y/O＜0.4)的流速耗尽。边界层分离已经被阻止，但是壁喷射的峰值速度与入口速度一样高，并且中心的流速仅为～20％的入口速度合成流动均匀度(RMS％＝74)好于空扩散器(RMS％＝130)的流动均匀度，但是仍然不符合要求。

超高孔隙率成组式扩散器(优化孔隙率)

图7示出超高孔隙率成组式扩散器(ε＝0.99)的下游速度轮廓。再一次明显看出数值轮廓与实验轮廓之间紧密的一致性。实验轮廓显示了在中心附近(0＜y/O＜0.1)和壁附近(0.4＜y/O＜0.5)速度的微小峰值、芯部喷射和壁喷射的剩余部分(remnant)，以及中间(0.2＜y/O＜0.3)的速度的轻微损失。但是，整体均匀度极其高(RMS％9)，所有速度均在入口速度的30％附近。

成组式扩散器的机制

如上所述，防止边界层分离的方法被宽泛地分为两组，即增加边界层中流体动量的方法以及减少逆压梯度的方法。成组式扩散器10的优点是以空气动力学各向异性(aerodynamic anisotropy)和静压降的形式同时合并这两种机制。现在分别讨论有关这两种机制的细节。

空气动力学各向异性

柱体组已知是空气动力学各向异性的[29]：遭受拖曳的变化等级取决于柱体组流穿过的方向。柱体组12的空气动力学各向异性在图8中示出。放置在扩散器10内的柱体组12已经被构造成沿着扩散器的中心线(即x轴)的流体与交错的柱体14相遇，以及沿着扩散器侧壁26的流体与共线柱体14相遇。交错设置比一致设置引发更大的拖曳，导致沿着扩散器侧壁26的优选流动路径。

低孔隙率(ε＝0.73)成组式扩散器中的端壁流可视图证明空气动力学各向异性的结果。图9(a)示出全局的流动分布。凝结的染料已经在扩散器10的中心(靠近x轴)聚集，这表明在扩散器中心处耗尽的流速。扩散器侧壁26附近的最小染料凝结表明空气动力学各向异性已经导致高速壁喷射(通过图6中的速度轮廓描绘出)。图9(b)示出绕位于扩散器入口22附近的单个柱体14的流场。为了清楚，图9(b)的示意性的表示在图9(c)中提供。流出漩涡中的不对称表明穿过柱体14下侧的流速较高，这进一步支持壁喷射的形成以及空气动力学各向异性的证据。

空气动力学各向异性导致沿着扩散器侧壁26的优选流动路径，该流动路径增加近壁的流体动量，从而抑制分离。

静压降

逆压梯度预期在扩散器内发展(develop)，这是因为由于增加的流动面积(散度)产生的流速降低导致静压恢复。但是，将柱体组12放置在扩散器10内导致静压降，静压降抵消静压恢复并且可以防止逆压梯度的形成。

图10显示了对于三个典型柱体组孔隙率的沿扩散器侧壁26的实验测量的静压分布。横坐标包括沿着利用扩散器侧壁26的长度W标准化的壁(w)的距离。纵坐标是方程式(5)中限定的静压系数C_p。任何C_p值的最大实验不确定度是±0.02(采用Holman中所报告的方法估算)[37]。

空扩散器(ε＝1.00)中的静压分布几乎沿着侧壁恒定，因为边界层的分离防止流动膨胀和静压恢复。低孔隙率(ε＝0.73)成组式扩散器的特征为沿着侧壁的有利压力梯度，因为不可逆性导致的静压降大大超过散度导致的静压恢复。超高孔隙率(ε＝0.99)成组式扩散器显示了近中性压力梯度，因为不可逆性导致的静压降通过静压恢复来平衡，这是理想情况，因为采用最少量的能量耗散来防止逆压梯度的形成。结果，边界层分离被抑制。

总结

广角扩散器10中的柱体组12通过以下两个物理机制来防止边界层分离：

(1)柱体组12的空气动力学各向异性促进沿着增加近壁流体动量的扩散器侧壁26的流动；以及

(2)柱体组12内的静压降抵消静压恢复，这防止强逆压梯度的形成。

由于空气动力学各向异性和静压降两者借助孔隙率降低而增强，这些机制的有效性已经被示出为取决于柱体组12的孔隙率。因此，三种孔隙率状态被划分出来，即过度、不足和临界。三种状态的孔隙率分别为约1、约0.73和约0.99。这三种状态的扩散器10中的流体流动轮廓分别在图11(a)、图11(b)和图11(c)中示出。

参考图11(a)，图中示出过度孔隙率状态(例如，ε＝1.00)的流动轮廓，流动轮廓的特征为扩散器10的入口处的边界层分离引起芯部喷射32。孔隙率对于两种抑制机制的任意一种来说都太高而不能奏效，且流动均匀性因此非常差。在图11(b)中示出不足孔隙率状态(例如，ε＝0.73)的流动轮廓，该流动轮廓的特征为防止边界层分离以及形成壁喷射34。孔隙率足够低，使得两个抑制机制均有效，且边界层分离因此被防止。但是，严重的空气动力学各向异性导致壁喷射34，壁喷射34使流动均匀性恶化，并且低孔隙率还加剧静压降。在图11(c)中示出临界孔隙率状态(例如，ε＝0.99)，该流动轮廓的特征为高度均匀流。空气动力学各向异性和静压降足够防止边界层分离。但是，空气动力学各向异性不足以产生壁喷射，并且静压降仅足够生成中性压力梯度(不是有利压力梯度)。其结果是具有最小能量耗散的高度均匀流。

三维成组式广角扩散器

测试扩散器10的二维构造的优化已经被成功实施。但是，由于大面积比例的要求，应用中的ESP扩散器通常是三维的。二维优化的结果使用重叠的原理被延伸到三维设计。

规格(specification)和特性

第二测试扩散器40是三维成组式广角扩散器。再次，相同附图标记表示相同特征。从图12可以看出，扩散器40是棱锥形扩散器。扩散器40具有流体流动截面42，截面在两个垂直平面(即，图12中所示的x-y平面和x-z平面)中发散。第一测试扩散器10的优化的二维构造已经被叠加在第二测试扩散器40的发散的两个平面上。图13中示出扩散器40的剖视图(沿其纵向长度截取)。这个剖视图表示x-y平面和x-z平面中的视图。从图13可以看出，x-y平面和x-z平面中的柱体组分别大体等于扩散器10的柱体组12，并且因此没有再次详细地示出。

图14示出扩散器40的端视图，其中可以看到扩散器40的柱体组44。通过将x-y平面和x-z平面的两个垂直柱体彼此叠放以形成网格状结构来产生柱体组44。网格状结构可以在结构上类似于传统网，但是分离防止机制是不同的。因为通过对齐网格状结构以产生空气动力学各向异性以及通过将网格状结构分布在整个扩散器40上以减少逆压梯度来防止分离，所以网格的敞开区域很大(大约80％)。相反地，因为采用碰撞效应(在扩散器的入口和出口处仅需要网)防止分离[20]，所以传统网的敞开区域小(40-58％)[26]。因此，扩散器40的三维设计依赖于与扩散器10的二维设计相同的物理机制，即空气动力学各向异性和静压降。在扩散器40中，这些机制被叠加到发散的两个平面中。

以下表3中列举了实验测试期间使用的棱锥形扩散器40的具体参数。

入口宽度(Q’)	100mm
		出口宽度(O)	320mm
长度(L’)	191mm
		发散角(θ)	30度

表3：扩散器40的设计参数

从表3可以看出，扩散器40的整体设计相较于扩散器10的设计以大概2的系数放大。放大效果对于小于10的系数来说被认为是不大的[39]，但是对于大于16的系数，放大效果可能提升[28]。扩散器的特征为整体面积比为10，并且在x-y平面和x-z平面中均具有60°的发散角2θ。

棱锥形扩散器40的通过实验得到的特征在于雷诺数是105(基于扩散器入口22的水力直径以及图13所示的横断面A处测量的平均顺流速度)。测试期间，空气使用吸风隧道(suction wind tunnel)被供应到测试区段(test-section)。Pitot探针(结合多通道差压传感器)被用于测量扩散器40下游的速度轮廓。在图13所示横断面B处测量15个速度轮廓。速度轮廓沿着图15中所示的线截取。

图15示出棱锥形扩散器40的下游测量的速度轮廓，这些速度轮廓被绘制为一个在另一个上。局部顺流速度u借助扩散器入口22处的平均顺流速度标准化。横向距离z借助扩散器出口宽度O被标准化。任何的值的最大实验不确定度是±0.01(采用Holman中报告的方法来估算)[37]。RMS％为9表明高度均匀流(没有边界层分离或壁喷射的证据)与测试扩散器10的二维构造一致，从而确认叠加机制的适用性。

比较网式扩散器

如上所述，ESP通常利用使用中的网式扩散器。现在将讨论成组式扩散器40的性能与传统网式扩散器比较，以及与成组式扩散器的优化过程和结构完整性有关的益处。网式扩散器(具有与现有成组式扩散器40相同的面积比和发散角2θ)的大量优化已经在之前以与现有研究(R_eQ＝10⁵)类似的雷诺数(Re_Q＝8(10⁴))来执行[26]。将成组式扩散器40与已知的网式扩散器之间的流动均匀性和静压降进行比较。流动均匀性通过由公式(3)描述的RMS％定义来量化，而静压降通过公式(5)限定的压力系数来量化(压力系数必须在图13所示横断面B处估算，以描述横跨整个棱锥形扩散器40的整体静压降)。以下表4中列举了结果的比较。

	RMS％	整体C_p
			网式扩散器[26]	15	-0.06
成组式扩散器40	9	-0.23

表4：网式扩散器与成组式扩散器之间的比较

上述表4中提供的比较结果表明成组式棱锥形扩散器40实现流动均匀性的显著改进，并且在静压降上具有少量的让步(concession)。成组式扩散器40还显示出与设计和优化有关的优势。因为网的数量、定位和敞开区域都必须被考虑用于全部三维扩散器的几何形状，所以网式扩散器的优化程序复杂。与此相反，使用扩散器10、40的上述实验研究实现优异的流动均匀性(仅考虑用于简单二维扩散器的几何形状的柱体组12的孔隙率)，从而利用叠加原理以开发三维设计。

成组式扩散器10、40的超高孔隙率防止阻塞，并且确保避免流动面积的突然减小，减少腐蚀的风险。

从上述实验结果可以看出，在广角扩散器10、40中，通过在扩散器内使用特别布置的柱体组12、44来防止边界层分离。柱体组12、44的孔隙率被确定为影响边界层分离和流动均匀性的主要参数，并且0.99的优选孔隙率被发现是尤为有效的。柱体组12、44已经被示出为通过两种物理机制来防止边界层分离，即：(1)增加壁附近的流体动量的空气动力学各向异性以及(2)防止强逆压梯度发展的静压降。与已知网式扩散器的比较显示出成组式棱锥形扩散器40实现优良的流动均匀性。成组式扩散器10、40的其它优点包括较简单的优化过程以及较优良的结构完整性。

具体实施方式

参考附图，其中相同附图标记指代相同特征，根据本实用新型的第一实施例的扩散器的非限制性示例通常用附图标记50来表示。扩散器50大体相似于上述实验测试和实验期间使用的测试扩散器10。

扩散器50是广角扩散器，且具有入口52和出口54。如图16或17所示，入口52和出口54分别连接到恒定截面的矩形导管或管道56和58。在使用中，通过扩散器50的流体流将会沿着从管道56的入口60到管道58的出口62的方向。管道56和58的长度可以在零到任何所需长度之间变化。虽然管道56和58通常是单独的、可去除区段的形式，还可想到，它们会与扩散器50整体形成。进一步可想到，管道56和58的长度会根据使用扩散器50的应用的特定要求而变化。因此，扩散器50以及入口管道56和出口管道58的组合还会被称为扩散器系统64。必须理解，在入口管道56被从扩散器系统64排除的情况下，扩散器50的入口52会作为进入扩散器系统64的入口。同样地，在出口管道58被从扩散器50的出口54排除的情况中，扩散器50的出口54将会作为扩散器系统64的出口。

参见图16至图18的实施例，扩散器50包括位于扩散器50的入口与出口之间的发散流动通道。通道具有多个壁，这些壁包括顶壁66.1、底壁66.2以及两个相对壁66.3。在扩散器50的第一实施例中，顶壁68.1和底壁68.2的至少一部分分别沿流体流动方向以发散角θ发散。侧壁66.3并不发散并且大体与入口管道56和出口管道58的侧壁一致。

另外，可想到，在本实用新型的替代性实施例中，仅一个侧壁发散，而另一个侧壁与入口管道56一致而保持笔直。根据这个替代性实施例的扩散器可以被描述为“半扩散器”。

扩散器50还包括一组至少部分位于流动通道内的元件，从而使这些元件处于入口52与出口54之间的流体流动路径中。在图16至图18中，元件组和单个元件分别由附图标记68和70来表示。

元件70被设置成使得它们沿通过扩散器50的流体流的标称的顺流方向72至少在一个区段(优选地在组26的整个长度)上交错，但是沿流动通道的顶壁66.1和底壁66.2的发散部的至少一个区段(优选地整个长度)上线性对齐。元件70的布置可以清楚地从图17的细节图中看出。从这张图中可以看出，元件70设置在等边三角形单元格中，单元格在整个组68中重复。等边单元格是使用60度的发散夹角的结果。应该理解单元格的角度由扩散器的发散角决定，因为元件应该总是沿顺流方向72交错且沿侧壁线性对齐。例如，在替代性实施例中，扩散器具有70度的发散夹角，等腰单元格分别会以70度、55度和55度的内角而被使用。

由于元件70的这种布置，尤其是由于沿着通道区段的顶壁66.1和底壁66.2的对齐元件，在使用中，边界壁流体动量沿方向74相较于标称的顺流方向增加。沿顺流方向72的交错元件70阻碍流体流动且通过流体的分散而引起静压降。由于边界壁流体动量和静压降在整个元件70上增加，边界层分离减少或基本被防止，从而在扩散器50的出口54处基本实现均匀流速。

如上所述，关于实验结果，组68的孔隙率(即元件组的未被元件70占据的体积)对于扩散器50在其出口54处实现均匀流体流动的效果来说至关重要。元件组68的孔隙率在大约0.9与大约0.99之间，优选地在大约0.950与大约0.99之间，且更优选地为大约0.989。虽然上述实验和测试仅达到0.989的孔隙率，可想到，孔隙率会进一步增加。适合的孔隙率范围的上限还会参考速度轮廓的RMS％而限定。例如，孔隙率范围的上限通常会是超过15的RMS％以上的孔隙率。

在扩散器50的第一实施例中，元件70呈圆形横截面的柱体的形式，元件70在组68内大体彼此平行地延伸。柱体端部连接到侧壁66.3从而使它们的纵向中心轴线相对于通过扩散器50的流体流的顺流方向72横向延伸。特别地，柱体70的纵向中心轴线大体垂直于流体流的顺流方向72延伸。在图18中可以清楚地看到发散通道内的柱体70所处的方向。

虽然柱体70的横截面是圆形，可想到，不同横截面形状的元件可以被使用。本实用新型并不限制于圆形柱体70，并且任何其它适合的横截面形状可以被使用。

对于扩散器50，单排柱体70的布置大体类似于上述测试扩散器10并且因此不再具体描述。

根据本实用新型的第二实施例的扩散器的非限制性示例在图19至图21中示出，且通常由附图标记80来表示。扩散器80大体类似于上述实验测试和实验期间使用的测试扩散器40。再次，相同附图标记表示相同特征。

扩散器80还是广角扩散器，包括位于其入口82与出口84之间的发散流动通道。在这个第二实施例中，发散流动通道在大体彼此垂直的两个平面中发散，从而产生棱锥形扩散器。类似于第一实施例，通道包括顶壁86.1、底壁86.2以及两个侧壁86.3和86.4。顶壁86.1和底壁86.2形成第一对相对壁，而侧壁86.3和86.4形成第二对相对壁。每对相对壁的每个壁相对于扩散器80的中心轴以发散角θ发散。图20中指出了发散角θ。

参考扩散器50的第一实施例，通道区段的入口82和出口84再次连接到上述入口管道88和出口管道90。但是，鉴于扩散器80的通道区段在两个平面中以如上所述的相同角度θ发散的情况，第二实施例的管道88、90的横截面是正方形。类似于扩散器50的第一实施例，管道88和90的长度可以再次在零与任何所需长度之间变化。扩散器80与入口管道88和出口管道90的结合再次形成扩散器系统92。

扩散器90还包括一组至少部分位于流动通道内的元件，从而使这些元件处于入口82与出口84之间的流体流动路径中。在图19至图21中，元件组和单个元件分别由附图标记94和96来表示。元件96再次为圆形横截面的柱体的形式，以便在通道区段中产生柱体组。

图20示出沿着扩散器系统92的第一发散平面截取的扩散器系统92的横截面。鉴于发散的角度在两个发散平面中相同的情况，图20还是沿着其第二发散平面截取的扩散器系统92的横截面的典型示例。从这个附图中可以看出，每一单个发散平面中柱体组的构造大体类似于扩散器50的第一实施例的柱体组68的构造。设置在第一发散平面中的柱体96形成第一柱体组，而设置在第二发散平面中的柱体形成第二柱体组。现在参考图21，可以看出第一组柱体和第二组柱体大体彼此垂直地设置，使得第一组柱体大体垂直于第二组柱体延伸，从而使流体流在两个发散平面中分散。换言之，第一组柱体中的柱体96在顶壁86.1与底壁86.2之间延伸，而第二组中的柱体在侧壁86.3与86.4之间延伸。这个实施例的结合的柱体组由附图标记94表示。

在扩散器80的第二实施例中，第一柱体组和第二柱体组的不同排中的柱体96设置在一致的平面中，从而使它们彼此叠放以形成一系列网格状结构98。每个网格状结构98具有正方形外部轮廓(作为平面图观察时)。由于扩散器80的发散通道区段，网格状结构98的表面积沿流体的标称的流动方向(即，从入口82到出口84的方向)增加。

可想到，在附图未示出的替代性实施例中，第一柱体组的柱体延伸的平面可以沿标称的流动方向72与第二柱体组的柱体延伸的方向分离。在这个替代性实施例中，每个网格状结构的第一柱体组与第二柱体组之间具有间隙。

对于根据本实用新型的第二实施例的扩散器80，网格状结构98中的每个第一柱体组和第二柱体组的孔隙率还是在大约0.9与大约0.99之间，优选地在大约0.950与大约0.99之间，且更优选地为大约0.989。因此，结合的柱体组94的整体孔隙率为大约0.98(0.99×0.99≈0.98)。

类似于第一实施例的扩散器50，边界壁流体动量在使用中由于柱体96的设置而增加。在扩散器80中，沿着发散的通道区段的顶壁86.1和底壁86.2的对齐柱体以及沿着发散的通道区段的侧壁86.3和86.4的对齐柱体使得沿着通道区段的所有四个边界壁的边界壁流体动量增加。沿顺流方向72的交错柱体96再次阻碍流体流动，且通过流体的分散引起静压降。在扩散器80中，流体在两个分散平面中分散。由于柱体96上的边界壁流体动量和静压降的增加，边界层分离再次减少或者基本被防止，由此在扩散器80的出口84处基本实现均匀流速。

根据本实用新型的第三实施例的扩散器的非限制性示例在图22至图24中示出，且通常由附图标记100来表示。发明人已经确定将根据本实用新型的第一实施例和第二实施例的扩散器50的机制应用到圆锥形扩散器的可能性。扩散器100类似于扩散器50和80，但是为圆锥构造。再次，相同附图标记表示相同特征。

扩散器100具有位于其入口102与出口104之间的圆锥发散流动通道区段(divergent flow channel section)。如图23所示，圆锥通道区段的侧壁106相对于扩散器的中心轴线、沿所有径向方向、以角度θ发散。应该理解，图23示出扩散器100的轴对称横截面，其中扩散器100绕中心轴(即x轴)旋转以产生圆锥形扩散器100。应该进一步理解圆锥形扩散器100是扩散器50的二维横截面的360度旋转。

在这个实施例中，扩散器100的发散流体流动通道区段的入口102和出口104分别连接到柱形入口管道108和柱形出口管道110以形成扩散器系统112。

扩散器100再次包括一组至少部分位于发散流动通道内的元件114。特别地参考图24，元件组114包括一套或一系列尺寸变化的圆形元件或环116。这套环绕扩散器100的纵向中心轴线设置。元件组114包括多排间隔的环116。每排包括多个设置在共同平面中的同心环。类似于扩散器50和80，由于发散通道区段，包含在每排环中的多个环116从扩散器100的入口102向出口104增加。环116利用固定装置固定就位，上述固定装置例如是径向对齐的滑动件(runner)(附图未示出)。

同心环116设置成使得每排最外端的环沿着侧壁106的内表面一致，即在图23所表示的发散方向122上。再次，对齐的外部环使得流体沿着通道区段的发散的圆锥表面被引导(channel)。随后几排环16也沿顺流方向72交错，以便流体远离中心轴线118分散。

可想到，由于环116上的边界壁流体动量和静压降的增加，边界层分离将再次减少或基本被防止，由此在扩散器100的出口104处基本实现均匀流速。参考根据本实用新型的第一实施例和第二实施例的扩散器50和80，可以相信这将会凭借与以上相同的机制来实现。

从根据本实用新型的扩散器50、80和100的以上描述中，应该清楚本实用新型还涉及改进扩散器的出口处流体流速的均匀性的方法。该方法的目的是通过减少扩散器内的边界层分离而基本实现扩散器的出口处的均匀流体流速。虽然根据本实用新型的方法应该能够从上述说明和实验结果的讨论中明显得出，但是以下会简要地列出。

该方法包括提供扩散器50、80、100，扩散器50、80、100包括：入口52、82、102；出口54、84、104；以及发散流动通道，位于入口与出口之间。一组元件68、94、114设置并位于其至少部分处于流动通道内的位置。在这个位置中，元件(优选地如上所述，以柱形的形式)处于入口与出口之间的流体流动路径中。在使用中，沿标称的顺流方向72将流体(如，空气)供应通过扩散器的入口。然后，柱体组相对于标称的顺流方向分散流体的流动，从而引发跨过它的静压降。柱体组内柱体的布置依次允许流体沿着发散通道的侧壁线性流动，以便增加沿着边界壁的流体动量。从上述说明应该理解，静压降和流体动量增加的效应导致边界层分离的减少，以基本实现扩散器的出口处的均匀流速。优选地，边界层分离通过静压降和流体动量增加而基本消除。

基于测试扩散器10、40以及扩散器50、80的优选实施例的上述说明，应该理解柱体组内的柱体的设置、并且尤其是柱体组的孔隙率对实现扩散器的出口处的均匀流体流速起关键作用。

值得一说的是，使用测试扩散器10、40实现的实验结果说明使用根据扩散器的优选实施例的扩散器的优势。可想到，实验结果的讨论中列出的相同优点将会通过使用根据本实用新型的三个实施例的扩散器50、80和100而实现。应该相信扩散器50、80和100可以特别地有利于改进静电除尘器(ESP)的有效性。但是，本实用新型并不局限于这个特殊应用并且可以在任何应用中使用，大体均匀流体流速是扩散器下游所期望的。成组式扩散器50、80、100提供相对于已知网式扩散器的很多优点，因为优良的流动均匀性可以由较简单设计程序的附加优势来实现。而且，超高孔隙率组通过抑制阻塞和腐蚀来改进坚固性。

术语

A 流动区域

Cp 静压系数

d 柱体直径

H 通道高度

L 二维扩散器10的长度

L’ 棱锥形扩散器40的长度

n 数据点的数量

O 二维扩散器10的出口宽度

O’ 棱锥形扩散器40的出口宽度

P 静压

Q 二维扩散器10的入口宽度

Q’ 棱锥形扩散器40的入口宽度

Re 雷诺数

RMS％均方根百分比

S 柱体间隔

u 局部顺流速度

平均顺流速度

U_rms 均方根速度

w 沿着扩散器壁的距离

W 扩散器侧壁长度

y+ 无量纲(dimensionless)壁距离

δ* 位移厚度

ε 孔隙率

θ 发散角

v 运动粘度

ρ 流体密度

下标

1 测试区段入口

2 测试区段出口

i 位置

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Claims

1.一种扩散器，具有入口和出口，所述扩散器包括：

发散流动通道，位于所述入口与所述出口之间，所述通道具有侧壁，所述通道的侧壁的至少一部分以一发散角发散；以及

一组元件，至少部分地位于所述流动通道内，从而使所述元件处于所述入口与所述出口之间的流体流动路径中，其中至少一些所述元件成排地设置成使得所述元件沿标称的顺流方向交错，以分散流体，从而引起静压降，并且其中所述元件沿着所述流动通道的侧壁的发散部线性地对齐以形成沿着所述侧壁的流体路径，以便

相对于所述顺流方向，增加沿着边界壁的流体动量，从而减少边界层分离以实现所述扩散器的出口处的基本上均匀的流速；

其中该组元件的孔隙率，即元件组的没有被所述元件占据的体积，在0.9与0.99之间。

2.根据权利要求1所述的扩散器，其中该组元件的孔隙率为0.989。

3.根据权利要求1所述的扩散器，包括第二组元件，其中所述发散通道在大体彼此垂直的两个平面中发散，以及其中第一组元件和第二组元件设置成大体彼此垂直，从而使所述第一组元件大体垂直于所述第二组元件延伸，使得流体流在发散的两个平面中分散。

4.根据权利要求3所述的扩散器，其中所述第一组元件和所述第二组元件设置在一致的平面中，从而使所述元件彼此叠放以形成网格状结构。

5.根据权利要求3所述的扩散器，其中所述第一组元件延伸的平面沿顺流方向与所述第二组元件延伸的平面分离。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的扩散器，其中该组元件的孔隙率为0.98。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的扩散器，其中所述组中的元件为柱体的形式，所述柱体基本上平行于彼此延伸。

8.根据权利要求1或2所述的扩散器，其中该组元件包括一套直径变化的同心元件。

9.根据权利要求8所述的扩散器，其中所述同心元件是环的形式，所述环设置成使得最外面的环与所述扩散器的内表面一致，并且所述环沿顺流方向交错，从而使流体沿着发散的圆锥表面被引导，并且远离所述扩散器轴线发散，导致所述扩散器的出口处具有接近均匀的流速。