RU2820363C1 - Flat diffuser - Google Patents

Flat diffuser Download PDF

Info

Publication number
RU2820363C1
RU2820363C1 RU2023128644A RU2023128644A RU2820363C1 RU 2820363 C1 RU2820363 C1 RU 2820363C1 RU 2023128644 A RU2023128644 A RU 2023128644A RU 2023128644 A RU2023128644 A RU 2023128644A RU 2820363 C1 RU2820363 C1 RU 2820363C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
walls
flat
distance
inlet
parallel
Prior art date
Application number
RU2023128644A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Николаевич Волков
Original Assignee
Илья Николаевич Волков
Filing date
Publication date
Application filed by Илья Николаевич Волков filed Critical Илья Николаевич Волков
Application granted granted Critical
Publication of RU2820363C1 publication Critical patent/RU2820363C1/en

Links

Abstract

FIELD: pneumohydraulic systems of general purpose.
SUBSTANCE: invention relates to pneumatic-hydraulic systems of general purpose, in particular to methods and means of action on boundary layer of fluid medium flow in channels. Flat diffuser comprises four inner surfaces forming walls, two of which 1 and 2 are flat and parallel to each other, two other 3 and 4 are perpendicular to the first two and diverge in the direction from inlet 5 of the cross section to outlet 6, at least one hollow, dynamically balanced cylinder 7 with closed ends, located behind the inlet straight section 8 tangentially at the level of the inner surface of the wall and installed between parallel walls on central axis in supports 9 and 10 located in parallel walls 1 and 2, with possibility of rotation, and having length n of generatrix equal to distance N between inner surfaces of parallel walls 1 and 2 minus process gap s and diameter d, equal to not less than distance L between inner surfaces of outlet and inlet straight sections on corresponding of divergent walls 3 or 4.
EFFECT: reduced length of flat diffuser at acceptable losses of total pressure.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится пневмогидравлическим системам общего назначения, в частности к способам и средствам воздействия на пограничный слой потока текучей среды в каналах.The invention relates to general purpose pneumohydraulic systems, in particular to methods and means of influencing the boundary layer of fluid flow in channels.

Известен диффузор выхлопного тракта газоперекачивающего агрегата с газотурбинной установкой, содержащий обечайку с фланцами, кожух, охватывающий обечайку и состоящий из боковых панелей, крыши и поддона, и звукоизоляцию, размещенную с зазором между обечайкой и кожухом и закрепленную на обечайке с помощью крепежных элементов, например штырей, установленных на обечайке и пропущенных через звукотеплоизоляцию, при этом концы крепежных элементов, например штырей, не имеют контакта со стенкой кожуха и соединены между собой гибкими элементами (RU, № 2313030, МПК F16L 59/00, F01D 25/30, опубл. 20.12.2007 г.).A known diffuser of the exhaust tract of a gas pumping unit with a gas turbine unit contains a shell with flanges, a casing covering the shell and consisting of side panels, a roof and a tray, and sound insulation placed with a gap between the shell and the casing and secured to the shell using fasteners, for example pins , installed on the shell and passed through sound and thermal insulation, while the ends of the fastening elements, for example pins, do not have contact with the casing wall and are connected to each other by flexible elements (RU, No. 2313030, IPC F16L 59/00, F01D 25/30, publ. 20.12 .2007).

Известное устройство относится к прямолинейному диффузору с малым углом расширения, из-за чего получается достаточно протяжённым по длине, что является недостатком, и используется в случаях отсутствия ограничений по габаритным размерам.The known device refers to a rectilinear diffuser with a small expansion angle, which makes it quite long in length, which is a disadvantage, and is used in cases where there are no restrictions on overall dimensions.

Известен плоский диффузор, выбранный заявителем в качестве прототипа, содержащий четыре внутренние поверхности, две из которых плоские и параллельны одна другой, две другие перпендикулярны первым двум и расходятся в направлении от входного сечения диффузора к выходному, причем расстояние между расходящимися увеличивается вдоль диффузора по закону, направленному на минимизацию потерь давления (SU, № 1695003, МПК F15D 1/04, опубл. 30.11.1991 г.). Известны и другие законы изменения кривизны образующей профиля диффузора (Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении, Л., “Машиностроение”, 1974 г., с. 112-115).A flat diffuser is known, chosen by the applicant as a prototype, containing four internal surfaces, two of which are flat and parallel to one another, the other two are perpendicular to the first two and diverge in the direction from the inlet section of the diffuser to the outlet, and the distance between the diverging ones increases along the diffuser according to the law, aimed at minimizing pressure losses (SU, No. 1695003, IPC F15D 1/04, published November 30, 1991). Other laws for changing the curvature of the diffuser profile generatrix are also known (Povkh I.L. Aerodynamic experiment in mechanical engineering, Leningrad, “Machine Building”, 1974, pp. 112-115).

Известный диффузор относится к изоградиентным, которые достаточно эффективны в отношении потерь полного давления, обеспечивают равномерное поле скоростей на выходе. Однако, несмотря на улучшение газодинамических характеристик, известный диффузор также имеет значительную длину, что является недостатком.The known diffuser is an isogradient diffuser, which is quite effective in terms of total pressure losses and provides a uniform velocity field at the outlet. However, despite the improvement in gas-dynamic characteristics, the known diffuser also has a significant length, which is a disadvantage.

Предлагаемым изобретением решается задача уменьшения длины плоского диффузора при приемлемых потерях полного давления.The proposed invention solves the problem of reducing the length of a flat diffuser with acceptable total pressure losses.

Для достижения такого технического результата плоский диффузор, содержащий четыре внутренние поверхности, образующие стенки, две из которых плоские и параллельны одна другой, две другие перпендикулярны первым двум и расходятся в направлении от входного поперечного сечения к выходному, дополнительно снабжен по меньшей мере одним полым, динамически сбалансированным цилиндром с закрытыми торцами, размещённым за входным прямым участком по касательной на уровне внутренней поверхности стенки и установленным между параллельными стенками на центральной оси в опорах, расположенных в параллельных стенках, с возможностью вращения и имеющий длину образующей, равной расстоянию между внутренними поверхностями параллельных стенок за вычетом технологического зазора и диаметром, равным не менее расстояния между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок.To achieve this technical result, a flat diffuser containing four internal surfaces forming walls, two of which are flat and parallel to one another, the other two are perpendicular to the first two and diverge in the direction from the inlet cross-section to the outlet, is additionally equipped with at least one hollow, dynamic a balanced cylinder with closed ends, located behind the inlet straight section along a tangent at the level of the inner surface of the wall and installed between the parallel walls on the central axis in supports located in the parallel walls, with the possibility of rotation and having a generatrix length equal to the distance between the inner surfaces of the parallel walls behind minus the technological gap and a diameter equal to no less than the distance between the internal surfaces of the outlet and inlet straight sections on the corresponding of the diverging walls.

На выходе из входного участка на внутренней поверхности выполнена фаска под углом 7…10°.At the exit from the inlet section, a chamfer is made on the inner surface at an angle of 7...10°.

При расположении на противоположных стенках, цилиндры взаимно разнесены по длине проточной части по потоку на расстояние не менее одной четверти диаметра.When located on opposite walls, the cylinders are mutually spaced along the length of the flow path along the flow at a distance of at least one quarter of the diameter.

Цилиндр изготовлен из композитных материалов.The cylinder is made of composite materials.

По признакам предлагаемый плоский диффузор отличается от прототипа тем, что дополнительно снабжен по меньшей мере одним полым, динамически сбалансированным цилиндром с закрытыми торцами, размещённым за входным прямым участком по касательной на уровне внутренней поверхности стенки и установленным между параллельными стенками на центральной оси в опорах, расположенных в параллельных стенках, с возможностью вращения и имеющий длину образующей, равной расстоянию между внутренними поверхностями параллельных стенок за вычетом технологического зазора и диаметром, равным не менее расстояния между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок.In terms of features, the proposed flat diffuser differs from the prototype in that it is additionally equipped with at least one hollow, dynamically balanced cylinder with closed ends, located behind the inlet straight section tangentially at the level of the inner surface of the wall and installed between parallel walls on the central axis in supports located in parallel walls, with the possibility of rotation and having a generatrix length equal to the distance between the internal surfaces of the parallel walls minus the technological gap and a diameter equal to not less than the distance between the internal surfaces of the outlet and inlet straight sections on the corresponding of the diverging walls.

На выходе из входного участка на внутренней поверхности выполнена фаска под углом 7…10°.At the exit from the inlet section, a chamfer is made on the inner surface at an angle of 7...10°.

При расположении на противоположных стенках цилиндры взаимно разнесены по длине проточной части по потоку на расстояние не менее одной четверти диаметра.When located on opposite walls, the cylinders are mutually spaced along the length of the flow path along the flow at a distance of at least one quarter of the diameter.

Цилиндр изготовлен из композитных материалов.The cylinder is made of composite materials.

Благодаря наличию этих признаков удается воздействовать на пограничный слой для безотрывного расширения потока на коротком расстоянии и уменьшить тем самым общую длину плоского диффузора.Thanks to the presence of these features, it is possible to influence the boundary layer to continuously expand the flow over a short distance and thereby reduce the total length of the flat diffuser.

На фиг. 1 представлен продольный разрез плоского диффузора с одним цилиндром; на фиг. 2 - продольный разрез плоского диффузора с двумя цилиндрами; на фиг. 3 - разрез по сечению А-А фиг. 2; на фиг. 4 представлен продольный разрез плоского диффузора с одним цилиндром увеличенного диаметра. In fig. 1 shows a longitudinal section of a flat diffuser with one cylinder; in fig. 2 - longitudinal section of a flat diffuser with two cylinders; in fig. 3 - section along section A-A of Fig. 2; in fig. Figure 4 shows a longitudinal section of a flat diffuser with one cylinder of increased diameter.

На фиг. приняты следующие обозначения:In fig. The following notations are accepted:

d - диаметр цилиндра;d - cylinder diameter;

L - расстояние между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок;L is the distance between the internal surfaces of the outlet and inlet straight sections on the corresponding of the diverging walls;

n - длина образующей цилиндра;n is the length of the cylinder generatrix;

N - расстояние между внутренними поверхностями параллельных стенок;N is the distance between the inner surfaces of parallel walls;

s - технологический зазор;s - technological gap;

k - расстояние взаимного размещения цилиндров по длине проточной части.k is the distance of mutual placement of the cylinders along the length of the flow path.

Плоский диффузор содержит четыре внутренние поверхности, образующие стенки, две из которых 1 и 2 плоские и параллельны одна другой, две другие 3 и 4 перпендикулярны первым двум и расходятся в направлении от входного 5 поперечного сечения к выходному 6, по меньшей мере, один полый, динамически сбалансированный цилиндр 7 с закрытыми торцами, размещённый за входным прямым участком 8 по касательной на уровне внутренней поверхности стенки и установленный между параллельными стенками на центральной оси в опорах 9 и 10, расположенных в параллельных стенках 1 и 2, с возможностью вращения и имеющий длину n образующей, равной расстоянию N между внутренними поверхностями параллельных стенок 1 и 2 за вычетом технологического зазора s и диаметром d, равным не менее расстояния L между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок 3 или 4.The flat diffuser contains four internal surfaces forming walls, two of which 1 and 2 are flat and parallel to one another, the other two 3 and 4 are perpendicular to the first two and diverge in the direction from the inlet 5 cross-section to the outlet 6, at least one is hollow, dynamically balanced cylinder 7 with closed ends, located behind the inlet straight section 8 tangentially at the level of the inner surface of the wall and installed between parallel walls on the central axis in supports 9 and 10 located in parallel walls 1 and 2, with the possibility of rotation and having a length n a generatrix equal to the distance N between the internal surfaces of parallel walls 1 and 2 minus the technological gap s and a diameter d equal to at least the distance L between the internal surfaces of the outlet and inlet straight sections on the corresponding of the diverging walls 3 or 4.

На выходе из входного участка 8 на внутренней поверхности выполнена фаска под углом 7…10°.At the exit from the inlet section 8, a chamfer is made on the inner surface at an angle of 7...10°.

При расположении на противоположных стенках 3 и 4 цилиндры взаимно разнесены по длине проточной части по потоку на расстояние k, составляющем не менее одной четверти диаметра d.When located on opposite walls 3 and 4, the cylinders are mutually spaced along the length of the flow path along the flow by a distance k, which is at least one quarter of the diameter d.

Цилиндр 7 изготовлен из композитных материалов.Cylinder 7 is made of composite materials.

Плоский диффузор работает следующим образом.A flat diffuser works as follows.

Рабочее тело через входное сечение 5 поступает в проточную часть диффузора и по мере движения к выходному сечению 6 происходит преобразование кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления. Обтекая цилиндр 7, из-за неразрывности активный поток увлекает («буксирует») пограничный слой, а также неподвижную относительно поверхности цилиндра плёнку рабочего тела придавая линейную скорость в точке касания, что приводит к угловой скорости вращения цилиндра. В свою очередь, вследствие действия эффекта Коанда, вращающийся цилиндр 7 притягивает поток к своей наружной поверхности обеспечивая безотрывное расширение рабочего тела. Выполнение цилиндра 7 полой облегчает конструкцию, что вместе с динамической балансировкой в дополнение к обычной статической балансировке обеспечивает легкость вращения и улучшает условия работы диффузора при изменении скорости потока в проточной части входного участка 8.The working fluid through the inlet section 5 enters the flow part of the diffuser and, as it moves towards the outlet section 6, the kinetic energy of the flow is converted into potential energy of pressure. Flowing around cylinder 7, due to continuity, the active flow entrains (“tows”) the boundary layer, as well as the film of the working fluid, which is motionless relative to the surface of the cylinder, imparting a linear speed at the point of contact, which leads to the angular velocity of rotation of the cylinder. In turn, due to the Coanda effect, the rotating cylinder 7 attracts the flow to its outer surface, ensuring continuous expansion of the working fluid. Making the cylinder 7 hollow facilitates the design, which, together with dynamic balancing in addition to conventional static balancing, ensures ease of rotation and improves the operating conditions of the diffuser when the flow speed in the flow part of the inlet section 8 changes.

На выходе из входного участка на внутренней поверхности стенки 3 в зоне фаски под углом 7…10° происходит уменьшение скорости, соответственно, местное повышение давления, с последующим ускорением потока при обтекании цилиндра 7, что в совокупности улучшает условия раскрутки последнего.At the exit from the inlet section on the inner surface of the wall 3 in the chamfer zone at an angle of 7...10°, a decrease in speed occurs, respectively, a local increase in pressure, followed by an acceleration of the flow when flowing around the cylinder 7, which together improves the conditions for the spin-up of the latter.

Для улучшения условий расширения рабочего тела, цилиндры 7, расположенные на противоположных стенках, целесообразно взаимно разнести по длине проточной части по потоку на расстояние k, составляющем не менее одной четверти диаметра d.To improve the conditions for expansion of the working fluid, it is advisable for the cylinders 7 located on opposite walls to be mutually spaced along the length of the flow path along the flow by a distance k, which is at least one quarter of the diameter d.

Изготовление цилиндра 7 из композитных материалов также облегчает конструкцию и, как следствие, улучшаются условия реагирования на изменение скорости потока при переменных режимах работы системы, в состав которого входит плоский диффузор.The manufacture of cylinder 7 from composite materials also facilitates the design and, as a result, improves the conditions for responding to changes in flow velocity under variable operating conditions of the system, which includes a flat diffuser.

При отсутствии ограничений по ширине (высоте) диффузора возможно увеличение диаметра d (фиг. 4), что обеспечивает более равномерное истечение рабочего тела через выходное сечение 6.In the absence of restrictions on the width (height) of the diffuser, it is possible to increase the diameter d (Fig. 4), which ensures a more uniform flow of the working fluid through the outlet section 6.

Реализация совокупности признаков, описанных в предлагаемом устройстве, позволяет уменьшить длину плоского диффузора при приемлемых потерях полного давления. Изобретение может найти применение в плоских входных устройствах летательных аппаратов, в выхлопных трактах стационарных газотурбинных установок, в системах утилизации энергии выхлопных газов на испытательных станциях авиационных газотурбинных двигателей и в других системах, преобразующих кинетическую энергию газа в энергию давления.The implementation of the set of features described in the proposed device makes it possible to reduce the length of the flat diffuser with acceptable total pressure losses. The invention can find application in flat inlet devices of aircraft, in exhaust ducts of stationary gas turbine units, in exhaust energy recovery systems at test stations of aircraft gas turbine engines and in other systems that convert the kinetic energy of gas into pressure energy.

Claims (4)

1. Плоский диффузор, содержащий четыре внутренние поверхности, образующие стенки, две из которых плоские и параллельны одна другой, две другие перпендикулярны первым двум и расходятся в направлении от входного поперечного сечения к выходному, отличающийся тем, что дополнительно снабжен по меньшей мере одним полым, динамически сбалансированным цилиндром с закрытыми торцами, размещённым за входным прямым участком по касательной на уровне внутренней поверхности стенки и установленным между параллельными стенками на центральной оси в опорах, расположенных в параллельных стенках, с возможностью вращения, и имеющим длину образующей, равной расстоянию между внутренними поверхностями параллельных стенок за вычетом технологического зазора и диаметром, равным не менее расстояния между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок.1. A flat diffuser containing four internal surfaces forming walls, two of which are flat and parallel to one another, the other two are perpendicular to the first two and diverge in the direction from the inlet cross-section to the outlet, characterized in that it is additionally equipped with at least one hollow, a dynamically balanced cylinder with closed ends, located behind the inlet straight section tangentially at the level of the inner surface of the wall and installed between the parallel walls on the central axis in supports located in the parallel walls, with the possibility of rotation, and having a generatrix length equal to the distance between the inner surfaces of the parallel walls minus the technological gap and a diameter equal to not less than the distance between the internal surfaces of the outlet and inlet straight sections on the corresponding of the diverging walls. 2. Плоский диффузор по п. 1, отличающийся тем, что на выходе из входного участка на внутренней поверхности выполнена фаска под углом 7...10°. 2. A flat diffuser according to claim 1, characterized in that at the exit from the inlet section, a chamfer is made on the inner surface at an angle of 7...10°. 3. Плоский диффузор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при расположении на противоположных стенках цилиндры взаимно разнесены по длине проточной части по потоку на расстояние не менее одной четверти диаметра. 3. A flat diffuser according to claim 1 or 2, characterized in that when located on opposite walls, the cylinders are mutually spaced along the length of the flow path along the flow by a distance of at least one quarter of the diameter. 4. Плоский диффузор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндр изготовлен из композитных материалов.4. Flat diffuser according to claim 1, characterized in that the cylinder is made of composite materials.
RU2023128644A 2023-11-06 Flat diffuser RU2820363C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2820363C1 true RU2820363C1 (en) 2024-06-03

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR608870A (en) * 1925-04-09 1926-08-04 Improvements to airplane wings and other similar components
DE3534169A1 (en) * 1985-09-25 1987-03-26 Wolfgang Loesel Circulation stimulation for lift profiles for increasing lift and reducing resistance
EP2977319A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-27 The Boeing Company Air diffuser systems and apparatuses
CN111348062A (en) * 2020-03-21 2020-06-30 东莞理工学院 Resistance reducing structure for high-speed moving object in fluid
RU2775458C1 (en) * 2021-06-10 2022-07-01 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Apparatus for reducing local hydraulic resistance in a pipeline
WO2023116303A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-29 淮北康惠电子科技有限公司 Object surface structure for resistance reduction/rectification, preparation method and device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR608870A (en) * 1925-04-09 1926-08-04 Improvements to airplane wings and other similar components
DE3534169A1 (en) * 1985-09-25 1987-03-26 Wolfgang Loesel Circulation stimulation for lift profiles for increasing lift and reducing resistance
EP2977319A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-27 The Boeing Company Air diffuser systems and apparatuses
CN111348062A (en) * 2020-03-21 2020-06-30 东莞理工学院 Resistance reducing structure for high-speed moving object in fluid
RU2775458C1 (en) * 2021-06-10 2022-07-01 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Apparatus for reducing local hydraulic resistance in a pipeline
WO2023116303A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-29 淮北康惠电子科技有限公司 Object surface structure for resistance reduction/rectification, preparation method and device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3824029A (en) Centrifugal supersonic compressor
US5188510A (en) Method and apparatus for enhancing gas turbo machinery flow
US3289921A (en) Vaneless diffuser
US20090014234A1 (en) Acoustic Panel
US4512716A (en) Vortex transition duct
CN103016380B (en) Method for determining performance of blade tip clearance region of cooling fan of automobile engine
GB1583631A (en) Method of the gas flow in an internal combustion engine exhaust manifold
US2573834A (en) Duct intake or entry for gaseous fluid flow diffuser system
CN101680305A (en) Diffuser arrangement
RU2731142C2 (en) Axial machine operating on fluid medium and method of energy generation
US4214452A (en) Exhaust device for a condensable-fluid axial-flow turbine
RU2820363C1 (en) Flat diffuser
US5662079A (en) Manifold flow turning vanes in internal combustion engines
CN103926050A (en) Hypersonic speed silencing spray pipe and determining method thereof
Chen et al. Aerodynamic performance and leakage flow in turbine cascades with sweeping jet actuators
CN103016425B (en) Three-level multi-spray-pipe central ejector
HU182853B (en) Multi-flow gasdynamic pressure-wave turbocompressor
CN113677593B (en) Turbojet engine comprising nacelle with air inlet duct for increasing thrust reversals
CN103954424B (en) Expand method and the hypersonic nozzle in hypersonic quiet jet pipe static test district
US2704089A (en) Gas turbine diffuser
CN105626579A (en) Hollow-shaft ram-rotor based on shock wave compression technology
Matsuura et al. Prototyping of Small-Sized Two Dimensional Radial Turbines
JP5922685B2 (en) Exhaust turbine device, supercharger and exhaust energy recovery device
Maqsood et al. Experimental and CFD study of exhaust ejectors with bent mixing tubes
Hussain et al. Experimental study of the performance of a nozzle-less volute casing for turbocharger turbines