RU2032812C1

RU2032812C1 - Wide-angle diffuser

Info

Publication number: RU2032812C1
Authority: RU
Inventors: А.Е. Зарянкин; А.Н. Парамонов; В.Г. Грибин; Ш.А.А.-Т. Фаузи; А.З. Павловский; Д.И. Демичева; В.А. Магала
Original assignee: Московский энергетический институт
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: power mechanical engineering. SUBSTANCE: diffuser has diverging fairing 2, which has rounded top 3 and is positioned coaxially to housing 1, and curved concave outlet part 3, which abuts upon the housing walls. The curved part of fairing 2 is perforated. The output cross-section of diffuser ring passage 6 defined between housing 1 and fairing 2 is no more than the inlet cross-section of the wide-angle diffuser. EFFECT: improved design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в конструкции патрубков и камер отбора паровых турбин, теплообменных устройствах и т.п. The invention relates to power engineering and can be used in the construction of pipes and chambers for selecting steam turbines, heat exchangers, etc.

Одна из важнейших технических задач, которая должна быть решена при конструировании диффузора, состоит в обеспечении равномерного распределения потока на выходе из диффузора при одновременном обеспечении малых потерь энергии. One of the most important technical problems that must be solved when designing a diffuser is to ensure uniform flow distribution at the outlet of the diffuser while ensuring low energy losses.

Известен широкоугольный диффузор, содержащий корпус с большим углом раскрытия диффузорного канала. Known wide-angle diffuser containing a housing with a large opening angle of the diffuser channel.

При таком решении неизбежно возникает отрыв потока, который сопровождается потерей энергии, и потому это решение не удовлетворяет ни одному из указанных выше требований. With such a solution, flow separation will inevitably occur, which is accompanied by a loss of energy, and therefore this solution does not satisfy any of the above requirements.

Задача устранения отрыва потока частично решается в известном широкоугольном диффузоре, содержащем корпус и установленный внутри корпуса расширяющийся обтекатель со скругленной вершиной, образующий со стенками корпуса диффузорный канал. The problem of eliminating flow separation is partially solved in the well-known wide-angle diffuser, comprising a housing and an expanding fairing with a rounded apex installed inside the housing, forming a diffuser channel with the walls of the housing.

Однако в выходном сечении такого диффузора имеет место большая неравномерность потока, обусловленная затенением обтекателем большой обработки выходного сечения. В реальных же конструкциях требуется обеспечить не только допустимый уровень потерь, но и равномерное поле потока на выходе диффузора. However, in the output section of such a diffuser there is a large flow non-uniformity due to the shading of the large section of the output section processing by the fairing. In real constructions, it is required to provide not only an acceptable level of losses, but also a uniform flow field at the diffuser output.

Таким образом, ни одна из известных конструкций широкоугольного диффузора не позволяет получить равномерное распределение потока и малые потери энергии. Thus, none of the known designs of a wide-angle diffuser allows to obtain a uniform flow distribution and low energy losses.

Предлагаемое изобретение направлено на решение этой технической задачи, а именно на обеспечение достаточной степени равномерности распределения потока на выходе из диффузора при малых потерях энергии. The present invention is aimed at solving this technical problem, namely, to ensure a sufficient degree of uniformity of the flow distribution at the outlet of the diffuser at low energy losses.

В соответствии с изобретением в широкоугольном диффузоре, содержащем корпус и установленный внутри диффузора расширяющийся по ходу потока обтекатель со скругленной вершиной, образующий со стенками корпуса диффузорный канал, эта задача решается тем, что обтекатель выполнен с криволинейным вогнутым перфорированным выходным участком, примыкающим к корпусу, а площадь проходного сечения канала между корпусом и обтекателем на входе канала не более площади входного сечения широкоугольного диффузора. In accordance with the invention, in a wide-angle diffuser comprising a body and a cowl with a rounded apex expanding in the direction of flow and forming a diffuser channel with the walls of the body, which is installed inside the diffuser, this problem is solved by the fact that the cowl is made with a curved concave perforated outlet section adjacent to the body, and the channel cross-sectional area between the housing and the fairing at the channel inlet is not more than the input cross-sectional area of the wide-angle diffuser.

Благодаря наличию вогнутого перфорированного участка обтекателя, через который проходит весь поток, обеспечивается безотрывное течение при значительно меньшей степени затенения обтекателем, что повышает равномерность потока на выходе из диффузора, а в совокупности с этим выполнение кольцевого канала между стенками корпуса и обтекателем с проходным сечением на входе не выше входного сечения широкоугольного диффузора позволяет обеспечить малый уровень потерь за счет повышения стабильности течения. Due to the presence of a concave perforated portion of the fairing through which the entire flow passes, a continuous flow is ensured with a significantly lower degree of shadowing by the fairing, which increases the uniformity of the flow at the outlet of the diffuser, and in conjunction with this, the annular channel is made between the walls of the housing and the fairing with an inlet cross section not higher than the inlet section of the wide-angle diffuser allows to ensure a low level of losses by increasing the stability of the flow.

На фиг. 1 представлен разрез широкоугольного диффузора; на фиг.2 кривые зависимостей коэффициентов полных потерь ζ_nот безразмерной скорости λ а) в диффузоре описанном в (1); б) в диффузоре-прототипе); в) в предлагаемом диффузоре; на фиг.3 графики распределения динамических напоров в выходном сечении диффузора.In FIG. 1 is a sectional view of a wide-angle diffuser; in Fig.2 curves of dependences of the coefficients of total losses ζ _n from the dimensionless speed λ a) in the diffuser described in (1); b) in the prototype diffuser); c) in the proposed diffuser; figure 3 graphs of the distribution of dynamic pressure in the output section of the diffuser.

Широкоугольный диффузор содержит корпус 1 с углом раскрытия α ≥40^о, в котором расположен расширяющийся обтекатель 2, представляющий собой соосный с корпусом 1 конус со скругленной вершиной 3, переходящий в выходной части в криволинейный вогнутый (если смотреть с наружной стороны обтекателя 2) участок 4, например, тороидальный. Криволинейный участок 4 выполнен перфорированным. Суммарная площадь перфорирующих отверстий 5 определяет степень расширения диффузора.The wide-angle diffuser contains a housing 1 with an opening angle α ≥40 ^о , in which an expanding fairing 2 is located, which is a cone coaxial with the housing 1 with a rounded apex 3, turning into a curved concave (when viewed from the outside of the fairing 2) section 4 , for example, toroidal. Curved section 4 is perforated. The total area of the perforating holes 5 determines the degree of expansion of the diffuser.

Между стенками корпуса 1 и обтекателем 2 образован диффузорный канал 6. Проходное кольцевое сечение на входе канала 6 выполнено не более входного сечения широкоугольного диффузора. Выходной участок 4 обтекателя примыкает (вплотную или с небольшим зазором) к корпусу 1. A diffuser channel 6 is formed between the walls of the housing 1 and the fairing 2. The passage annular section at the inlet of the channel 6 is made no more than the input section of the wide-angle diffuser. The exit section 4 of the fairing is adjacent (close or with a small gap) to the housing 1.

При течении рабочего тела в диффузоре происходит превращение кинетической энергии потока в потенциальную, сопровождающееся уменьшением скорости и ростом давления к выходному сечению, то есть имеет место течение с положительным градиентом давления

> 0
В диффузорах с углами раскрытия канала α ≥ 10-15^о кинетической энергии потока в пристеночных слоях становится уже недостаточно для преодоления положительного градиента давления, что приводит к отрыву потока. Отрыв потока сопровождается неустойчивым характером течения, повышенным уровнем потерь энергии и шума. В диффузорах с углами раскрытия превышающих 40^о место отрыва перемещается к входному сечению и имеет место ярко выраженное нарушение симметрии потока, т.е. отрыв становится односторонним. На стороне отрыва образуется стационарный вихрь, занимающий 60-80% проходного сечения канала. Уровень потерь в таких диффузорах достигает 80%
В диффузорах с углами раскрытия α ≥ 40-50^о без использования активных способов воздействия на поток, таких как вдув и отсос, можно добиться повышения экономичности путем частичного заполнения канала установкой различного рода обтекателей. Недостатком данного метода является образование затененных зон в выходном сечении канала.During the flow of the working fluid in the diffuser, the kinetic energy of the flow is converted into potential, accompanied by a decrease in velocity and an increase in pressure to the outlet cross section, i.e., there is a flow with a positive pressure gradient

> 0
In diffusers with channel opening angles α ≥ 10-15, ^the kinetic energy of the flow in the wall layers is already insufficient to overcome the positive pressure gradient, which leads to flow separation. The separation of the flow is accompanied by an unstable nature of the flow, an increased level of energy and noise losses. The diffuser with an aperture angle greater than ^about 40 moves the separation space to the inlet section and holds a pronounced violation of flow symmetry, i.e. separation becomes one-sided. On the separation side, a stationary vortex is formed, occupying 60-80% of the passage section of the channel. The level of losses in such diffusers reaches 80%
The diffuser with an aperture angle α ≥ 40-50 without the use ^of active methods of influence on the flow such as blowing and suction, one can achieve greater profitability by partially filling the channel setting various kinds of fairings. The disadvantage of this method is the formation of shaded zones in the output section of the channel.

При течении рабочего тела по диффузору предлагаемой конструкции поток обтекает скругленную вершину 3 обтекателя 2 и проходит по диффузорному каналу 6 между корпусом 1 диффузора и обтекателем 2, а затем проходит через перфорированные криволинейный участок 4 обтекателя, равномерно заполняя выходное сечение широкоугольного диффузора. When the working fluid flows through the diffuser of the proposed design, the stream flows around the rounded apex 3 of the fairing 2 and passes through the diffuser channel 6 between the diffuser body 1 and the fairing 2, and then passes through the perforated curved section 4 of the fairing, uniformly filling the output section of the wide-angle diffuser.

Наличие скругленного участка 3 обтекателя и то, что площадь входного участка диффузорного канала 6 между корпусом 1 и обтекателем 2 не превышает площади входного участка широкоугольного диффузора, обеспечивая равномерное, безотрывное обтекание криволинейного обтекателя. The presence of a rounded portion 3 of the fairing and the fact that the area of the inlet portion of the diffuser channel 6 between the housing 1 and the fairing 2 does not exceed the area of the inlet portion of the wide-angle diffuser, providing a uniform, continuous flow around the curved fairing.

Равномерность потока в выходном сечении обеспечивается прохождением потока через перфорацию 5 криволинейных участков обтекателя по нормам к перфорированной поверхности. Поток заполняет не только периферийные, но и в значительной мере центральную область выходного сечения диффузора. The uniformity of the flow in the outlet section is ensured by the passage of the flow through the perforation of 5 curved sections of the fairing according to the norms of the perforated surface. The flow fills not only peripheral, but also largely the central region of the outlet cross section of the diffuser.

Такая конструкция обеспечивает значительно более низкий уровень потерь и равномерное поле потока на выходе по сравнению с известными конструкциями широкоугольных диффузоров. This design provides a significantly lower level of losses and a uniform flow field at the outlet compared with the known designs of wide-angle diffusers.

Из приведенных графиков (фиг.2) видно, что диффузор предлагаемой конструкции имеет наименьшие потери, причем по сравнению с диффузором без обтекателя снижение потерь достигает 40%
На фиг. 3 представлены сравнительные графики распределения динамических напоров в выходных сечениях исследуемых диффузоров. Если в первых двух случаях имеет место очень большая неравномерность потока (кривые "а" и "б"), то в диффузоре предлагаемой конструкции поле динамических напоров практически равномерно (кривая в).From the graphs (Fig. 2) it can be seen that the diffuser of the proposed design has the smallest losses, and compared with a diffuser without a fairing, the loss reduction reaches 40%
In FIG. Figure 3 presents comparative plots of the distribution of dynamic pressures in the output sections of the diffusers under study. If in the first two cases there is a very large flow non-uniformity (curves "a" and "b"), then in the diffuser of the proposed design the field of dynamic heads is almost uniform (curve c).

Claims

WIDGE DIFFUSER, comprising a housing and a coaxially mounted inside the housing expanding along the flow, a hollow fairing with a rounded apex and a base, forming a diffuser annular channel with the walls of the housing, characterized in that the fairing is made with the base adjoining the end of the housing, while the fairing section is in the exit zone made perforated and concave in the direction of flow, and the cross-sectional area of the diffuser annular channel at the entrance does not exceed the area of the input cross-section the diffuser.