Что такое конфузор и диффузор трубах. Значение слова диффузор. Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова

Диффузор (в гидроаэродинамике) - профилированная часть канала (трубы), в которой происходит замедление потока. При этом перепад статических давлений на диффузоре может быть меньше, чем на участке прямой трубы исходного сечения (см. Формула Дарси - Вейсбаха), т. е. его бывает отрицателен; однако при росте длины при постоянном угле раскрытия и при увеличении угла раскрытия диффузора может произойти отрыв потока от стенок (вблизи них образуются вихри), при этом коэффициент сопротивления диффузора очень сильно возрастает .

Существует конструкция, обратная диффузору, называемая конфузор - часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее. Движение воздуха в конфузоре характеризуется тем, что динамическое давление в нём в направлении движения потока увеличивается, а статическое - уменьшается. Увеличивается скорость дозвукового течения жидкости или газа.

Область применения диффузоров

Диффузор применяется в устройствах, в которых осуществляется перемещение жидкостей и газов (водопроводах , воздуховодах , газопроводах , нефтепроводах , аэродинамических трубах , реактивных двигателях и др.). В электроакустике часть механической колебательной системы громкоговорителя , предназначенной для возбуждения звуковых волн в окружающем воздухе.

Диффузором в автомобильной промышленности принято считать часть или элемент обвеса (см. диффузор (автомобиль)).
Диффузор в кинетическом двигателе

Конфузор

Конструкция, обратная диффузору, называемая конфузор - часть канала, в которой происходит соединение и плавный переход большего сечения в меньшее. Движение воздуха в конфузоре характеризуется тем, что динамическое давление в нём в направлении движения потока увеличивается, а статическое - уменьшается. Увеличивается скорость течения жидкости или газа.

При круглых воздуховодах конфузор имеет вид усечённого конуса, при квадратных - усечённой пирамиды. Наиболее часто конфузор используют для подсоединения воздуховода к всасывающей стороне вентилятора радиального , что позволяет уменьшить коэффициент местного сопротивления ζ (коэффициент Дарси) (вследствие более плавного сужения воздушного потока и предотвращения отрыв пограничного слоя и образования вихрей), а следовательно, уменьшить потери давления , развиваемого вентилятором.

ζ = λ T 8 sin ⁡ α / 2 (1 − 1 n 2) {\displaystyle \zeta ={\frac {\lambda _{T}}{8\sin {\alpha /2}}}\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}\right)} ,

где n = S 1 S 2 {\displaystyle n={\frac {S_{1}}{S_{2}}}} - степень сужения; λ T {\displaystyle \lambda _{T}} - коэффициент потерь на трение по длине при турбулентном режиме.

Гидравлическое сопротивление конфузора всегда меньше гидравлического сопротивления диффузора такого же размера.

Течения в диффузоре и конфузоре

В конфузоре с небольшим углом раскрытия повышенного вихреобразования обычно не возникает, жидкость меняет направление плавно, и потери давления в основном связаны с ростом скорости. При росте угла раскрытия конфузор превращается во внезапное сужение, образуются застойные зоны с вихрями.

В диффузоре возможен отрыв потока, при этом возникают обширные вихревые зоны у краёв, и энергии теряется достаточно много (почти как при внезапном расширении). Однако, если угол очень маленький и отрыва потока на длине диффузора возникнуть не успевает, его коэффициент сопротивления может стать и отрицательным, как в трубке Вентури . В специально профилированном диффузоре безотрывное течение можно поддерживать более эффективно.

Конфузор - сужающийся участок трубопровода, в котором происходит увеличение скорости потока жидкости или газа.

Диффузор - расширяющийся участок трубопровода, в котором происходит уменьшение скорости потока жидкости или газа.

Сопло Лаваля - техническое приспособление, которое служит для ускорения газового потока проходящего по нему до скоростей превышающих скорость звука. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателей.

Сопло представляет собой канал, суженный в середине. В простейшем случае такое сопло может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами. Эффективные сопла современных ракетных двигателей профилируются на основании специальных газодинамических расчётов.

Сопло было предложено в 1890 г. шведским изобретателем Густафом де Лавалем для паровых турбин.

В ракетном двигателе сопло Лаваля впервые было использовано американским инженером Робертом Годдардом в 1919 г.

Феномен ускорения газа до сверхзвуковых скоростей в сопле Лаваля был обнаружен в конце XIX в. экспериментальным путём. Позже это явление нашло теоретическое объяснение в рамках газовой динамики.

При анализе течения газа в сопле Лаваля принимаются следующие допущения:

1. Газ считается идеальным.

2. Газовый поток является изоэнтропным (то есть имеет постоянную энтропию, силы трения и диссипативные потери не учитываются) и адиабатическим (то есть теплота не подводится и не отводится).

3. Газовое течение является стационарнымым и одномерным, то есть в любой фиксированной точке сопла все параметры потока постоянны во времени и меняются только вдоль оси сопла, причём во всех точках выбранного поперечного сечения параметры потока одинаковы, а вектор скорости газа всюду параллелен оси симметрии сопла.

4. Массовый расход газа одинаков во всех поперечных сечениях потока.

5. Влиянием всех внешних сил и полей (в том числе гравитационного) пренебрегается.

6. Ось симметрии сопла является пространственной координатой x.

7. Отношение локальной скорости v к локальной скорости звука C обозначается числом Маха, которое также понимается местным, то есть зависимым от координаты x:

Из уравнения состояния идеального газа следует: , эдесь ρ - локальная плотность газа, p - локальное давление. С учётом этого, а также с учётом стационарности и одномерности потока уравнение Эйлера принимает вид:

что, учитывая (1), преобразуется в . (2)

Уравнение (2) является ключевым в данном рассуждении.
Рассмотрим его в следующей форме:

(2.1)

Величины и характеризуют относительную степень изменяемости по координате x плотности газа и его скорости соответственно. Причем уравнение (2.1) показывает, что соотношение между этими величинами равно квадрату числа Маха (знак минус означает противоположную направленность изменений: при возрастании скорости плотность убывает). Таким образом, на дозвуковых скоростях (M < 1) плотность меняется в меньшей степени, чем скорость, а на сверхзвуковых (M > 1) - наоборот. Как будет видно дальше, это и определяет сужающуюся-расширяющуюся форму сопла.

Поскольку массовый расход газа постоянен:

где A - площадь местного сечения сопла,

дифференцируя обе части этого уравнения по x, получаем:

После подстановки из (2) в это уравнение, получаем окончательно:

(3)

Заметим, что при увеличении скорости газа в сопле, выражение: положительно и, следовательно, знак производной определяется знаком выражения: (M 2 − 1)

Из чего можно сделать следуюшие выводы:

При дозвуковой скорости движения газа (M < 1), производная - сопло суживается.

При сверхзвуковой скорости движения газа (M > 1), производная - сопло расширяется.

При движении газа со скоростью звука (M = 1), производная - площадь поперечного сечения достигает экстремума, то есть имеет место самое узкое сечение сопла, называемое критическим.

Итак, на сужающемся, докритическом участке сопла движение газа происходит с дозвуковыми скоростями. В самом узком, критическом сечении сопла локальная скорость газа достигает звуковой. На расширяющемся, закритическом участке, газовый поток движется со сверхзвуковыми скоростями.
Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70 %, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей всех других типов. Это превосходство имеет объяснение. Во-первых, рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины), а в реальных тепловых двигателях на этой передаче имеют место большие потери. Во-вторых, газ проходит через сопло так быстро, что не успевает отдать заметное количество своей тепловой энергии через теплоотдачу стенкам сопла, что позволяет считать процесс адиабатическим. У реальных тепловых двигателей других типов нагрев конструкции составляет существенную часть потерь. Автомобильный двигатель, например, работает больше на радиатор охлаждения, чем на выходной вал.

Из уравнения состояния идеального газа, и баланса энергии в газовом потоке выводится формула расчёта линейной скорости истечения газа из сопла Лаваля:

(4)

v e - Скорость газа на выходе из сопла, м/с;

T - Абсолютная температура газа на входе;

R - Универсальная газовая постоянная R=8314,5 Дж/(киломоль*К);

M - молярная масса газа, кг/киломоль;

k - Показатель адиабаты k = c p / c v ;

c p - Удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(киломоль*К);

c v - Удельная теплоемкость при постоянном объеме, Дж/(киломоль*К);

p e - Абсолютное давление газа на выходе из сопла, Па;

p - Абсолютное давление газа на входе в сопло, Па.

При работе сопла Лаваля в непустой среде (чаще всего речь идет об атмосфере) сверхзвуковое течение может возникнуть только при достаточно большом избыточном давлении газа на входе в сопло по сравнению с давлением окружающей среды.

При возникновении сверхзвукового течения давление газа на выходном срезе сопла может оказаться даже меньше давления окружающей среды (вследствие перерасширения газа при движении по соплу). Такой поток может оставаться стабильным, поскольку давление окружающей среды (пока оно не на много превышает давление газа на срезе сопла) не может распространяться против сверхзвукового потока.

В общем случае удельный импульс сопла Лаваля (при работе как в среде, так и в пустоте) определяется выражением:

(5)

Здесь v e - скорость истечения газа из сопла, определяемая по формуле (4); A e - площадь среза сопла; p e - давление газа на срезе сопла; p 0 - давление окружающей среды; - секундный массовый расход газа через сопло.
Из выражения (5) следует, что удельный импульс и, соответственно, тяга ракетного двигателя в пустоте (при p 0 =0) всегда выше, чем на поверхности Земли. Это находит отражение в характеристиках реальных ракетных двигателей: обычно для двигателей, работающих в атмосфере, указываются по два значения для удельного импулься и тяги - в пустоте и на Земле (например, РД-107).

Зависимость характеристик двигателя от давления газа на срезе сопла p e носит более сложный характер: как следует из уравнения (4), v e растёт с убыванием p e , а добавка - убывает, и при p e < p 0 становится отрицательной.
При фиксированном расходе газа и давлении на входе в сопло величина p e зависит только от площади среза сопла, которую обычно характеризуют относительной величиной - степенью расширения сопла - отношением площади конечного среза к площади критического сечения. Чем больше степень расширения сопла, тем меньше давление p e , и тем больше скорость истечения газа v e .

Рассматривая соотношение давления на срезе сопла и давления окружающей среды, выделяют следующие случаи.

p e = p 0 - оптимальный режим расширения сопла, при котором удельный импульс достгает максимального значения (при прочих равных условиях). При этом, как следует из уравнения (5), импульс становится численно равным скорости истечения газа v e .

p e < p 0 - режим перерасширения. Уменьшение степени расширения сопла (несмотря на уменьшение скорости истечения газа) приведёт к увеличению удельного импульса. При проектировании ракетных двигателей первых ступеней ракет конструкторы часто сознательно идут на перерасширение, поскольку с набором ракетой высоты атмосферное давление падает, уравнивается с давлением на срезе сопла, и удельный импульс двигателя возрастает. Таким образом, жертвуя тягой в начале полёта, получают преимущество на последующих его стадиях, что, как показывают расчёты и практика, в сумме даёт выигрыш в конечной скорости ракеты.

Однако, при значительном превышении давления окружающей среды над давлением в газовом потоке, в нём возникает обратная ударная волна, которая распространяется против потока со сверхзвуковой скоростью, тем большей, чем больше перепад давления на её фронте, что приводит к срыву сверхзвукового течения газа в сопле (полному или частичному). Это явление может явиться причиной автоколебательного процесса, когда сверхзвуковое движение газа в сопле периодически возникает и срывается с частотой от нескольких герц до десятков герц. Для сопел ракетных двигателей, в которых происходят процессы большой мощности, эти автоколебания являются разрушительными, не говоря о том, что эффективность двигателя в таком режиме резко пвдает. Это накладывает ограничение на степень расширения сопла, работающего в атмосфере.

p e > p 0 - режим недорасширения. Недорасширение означает, что не вся внутренняя энергия газа израсходована на его ускорение и, увеличив степень расширения сопла, можно добиться увеличения скорости истечения газа и удельного импульса. В пустоте (при p 0 =0) полностью избежать недорасширения невозможно.

Рис. 1. Схема подвижного соплового насадка.

Неограниченное увеличение степени расширения сопла асимптотически приближает скорость истечения газа к пределу, определяемому его внутренней энергией, при этом увеличивается длина, диаметр выходного сечения, и, следовательно, вес сопла. Конструктор сопла, работающего в пустоте, должен принять решение: при какой степени расширения дальнейшее увеличение размера и веса сопла не стоит того увеличения скорости истечения, которое может быть достигнуто в результате. Такое решение принимается на основании всестороннего рассмотрения функционирования всего аппарата в целом.

Вышесказанное объясняет то обстоятельство, что ракетные двигатели, работающие в плотных слоях атмосферы, как правило, имеют степень расширения меньшую, чем двигатели, работающие в пустоте. Например, у двигателя F-1 первой ступени носителя Сатурн-5 степень расширения составляет 16:1, а RL 10B-2 - двигатель, используемый NASA на ускорителях межпланетных зондов, имеет степень расширения равную 250:1.

Стремление добиться эффективной работы двигателя как на Земле, так и на высоте заставляет конструкторов искать технические решения, позволяющие достигнуть эту цель. Одним из таких решений явился подвижный сопловой насадок - «продолжение» сопла, которое пристыковывается к нему по достижении ракетой разреженных слоёв атмосферы, увеличивая, таким образом, степень расширения сопла. Схема действия насадка изображена на рисунке 1. Здесь (1) - собственно сопло Лаваля; (2) - сопловой насадок; А - положение насадка при работе в нижних, наиболее плотных, слоях атмосферы; В - положение насадка на большой высоте. Эта схема была практически реализована в конструкции двигателя НК-33-1.

Для анализа движения газа в каналах с переменным поперечным сечением воспользуемся уравнениями, выражающими закон сохранения массы и закон сохранения энергии. Закон сохранения массы представим в форме уравнения постоянства массового расхода вдоль потока:

Q m =   v   = const = C . (42.1)

Закон сохранения энергии используем в виде уравнения Бернулли для идеального газа в дифференциальной форме (пренебрегая величиной dz , то есть полагая dz = 0):

+ v  d v = 0. (42.2)

Продифференцируем по x уравнение неразрывности (42.1):

=
;

  v  +    +v    = 0.

Разделив последнее уравнение на   v   получим:

+  + = 0.

Умножив полученное выражение на dx имеем:

+ += 0. (42.3)

Преобразуем первый член уравнения (42.2), использовав формулу скорости звука а 2 = :

=  =а 2  .

Подставим полученное соотношение в уравнение (42.2):

а 2  +v  d v = 0 или =
.

Последнее равенство подставим в уравнение (42.3). Тогда


+ = 0 или=
 .

В правой части уравнения вынесем за скобки . Получим

=
 .

Обозначим =М – число Маха. Число Маха М – это безразмерная скорость, которая показывает, во сколько раз скорость потока v больше или меньше местной скорости звука а . Окончательно имеем уравнение Гюгонио :

= . (42.4)

Следствия (анализ) уравнения Гюгонио

1. В дозвуковом потоке (v  а , М  1) знак d v противоположен знаку d  . То есть при дозвуковом движении газа, так же, как и в случае несжимаемой жидкости, с возрастанием площади сечения трубы скорость движения уменьшается и наоборот.

Рисунок 72

2. В сверхзвуковом потоке (v  а , М  1) знаки d v и d  одинаковы. Поэтому при уменьшении сечения м скорость движения снижается и наоборот.

Рисунок 73

Это объясняется тем, что произведение    из уравнения неразрывности   v   = const несмотря на увеличение  всё же уменьшается ввиду резкого уменьшения плотности газа  . И наоборот, произведение    увеличивается, несмотря на уменьшение  вследствие резкого увеличения плотности газа  . Если в дозвуковом потоке при изменении сечения трубы плотность газа изменяется незначительно по сравнению со скоростью, то при сверхзвуковом течении газа относительное изменение плотности превосходит по величине относительное изменение скорости. Возрастание скорости, таким образом, связано не только с изменением давления, но и с уменьшением плотности.

3. Если М = 1, то d  = 0 при   0. Тогда соответствующее этому случаю сечение  будет критическим. Равенство d  = 0 означает наличие экстремума площади сечения. Причём этот экстремум означает минимальное сечение, так как при подходе к максимальному сечению дозвуковой поток замедляется и не может достигнуть М = 1, а сверхзвуковой ускоряется, что тоже не соответствует М = 1.

4. Если d  = 0 и сечение экстремально (максимальное или минимальное), то либо М = 1 и, следовательно, это сечение критическое, либо М  1, а d v =0, так как скорость принимает экстремальное значение. При дозвуковом потоке (М  1) она максимальна в минимальном сечении и наоборот. В сверхзвуковом потоке (М  1) она максимальна в максимальном сечении и минимальна в минимальном.

На основе анализа уравнения Гюгонио можно предложить способ получения сверхзвукового потока при истечении газа. К выходному сечению конфузорного насадка, в выходном сечении которого скорость газа равна скорости звука (М =1), присоединяют диффузорный насадок. В выходном сечении диффузора скорость газа может быть существенно больше скорости звука в этом сечении. По этому принципу рассчитывается сопло Лаваля.

Рисунок 74 – Сопло Лаваля

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Диффузор (в гидроаэродинамике) - часть канала (трубы), в которой происходит замедление (расширение) потока. При этом перепад статических давлений на диффузоре может быть меньше, чем на участке прямой трубы исходного сечения (см. Формула Дарси - Вейсбаха), т. е. его бывает отрицателен; однако при росте длины при постоянном угле раскрытия и при увеличении угла раскрытия диффузора может произойти отрыв потока от стенок (вблизи них образуются вихри), при этом коэффициент сопротивления диффузора очень сильно возрастает .

Область применения диффузоров

Конструкция диффузоров

Акустический диффузор обычно изготовляется из специальных сортов бумаги и гибко крепится к металлическому корпусу громкоговорителя .
Диффузор в фототехнике приспособление для получения фотографического изображения мягкого рисунка. Представляет собой: а) плоскопараллельную стеклянную пластинку с квадратной сеткой или концентрическими кругами, нанесёнными алмазом на расстоянии 2-3 мм; б) узкие полоски стекла шириной 0,1 диаметра объектива и толщиной 0,8-1 мм. Полоски и пластинки укрепляются в оправу, которая надевается на объектив фотоаппарата или фотографического увеличителя после наводки на резкость.
Диффузор в производстве глинозёма аппарат для проточного выщелачивания дроблёного бокситового спека . Обычно 12-14 таких аппаратов соединяются последовательно, образуя батарею. Особенность проточного выщелачивания в Д. состоит в том, что спек в них остаётся всё время неподвижным на решётчатом днище, а раствор последовательно в каждом Д. просачивается через толщу спека. Омывая каждую отдельную частицу, а также проникая по порам внутрь её, раствор выщелачивает растворимые составляющие. В один конец батареи подаётся горячая вода, из др. сливается концентрированный раствор алюмината натрия . Все Д. соединены трубопроводами; с помощью кранов можно отключить любой из них, не нарушая работы остальных. Д. с выщелоченным спеком периодически отключают, а в др. конце батареи вместо него включают Д. со свежим спеком. Обычно в батарее из 14 Д. 12 находятся в работе, 1 под загрузкой и 1 под разгрузкой.
Диффузор в пищевой промышленности
Диффузор в вентиляции

Диффузором в автомобильной промышленности принято считать часть или элемент обвеса (см. диффузор (автомобиль)).
Диффузор в кинетическом двигателе

Конфузор

$\zeta =\frac{\lambda_T}{8\sin{\alpha/2}} \left(1-\frac{1}{n^2} \right)$ ,

где $n =\frac{S_1}{S_2}$ - степень сужения; $\lambda_T$ - коэффициент потерь на трение по длине при турбулентном режиме.

Течения в диффузоре и конфузоре

Напишите отзыв о статье "Диффузор (гидроаэродинамика)"

Литература

Ландау Л. Д. , Лифшиц Е. М. - Теоретическая физика (Том 6. Гидродинамика). Глава II. Вязкая жидкость. § 23. Точные решения уравнений движения вязкой жидкости. Течения в диффузоре и конфузоре.

См. также

Примечания

Ссылки

Определение «Диффузор» - статья из Большой советской энциклопедии .

Отрывок, характеризующий Диффузор (гидроаэродинамика)

– Ежели бы я знал, что из этого выйдет что нибудь, кроме унижения… – отвечал сын холодно. – Но я обещал вам и делаю это для вас.
Несмотря на то, что чья то карета стояла у подъезда, швейцар, оглядев мать с сыном (которые, не приказывая докладывать о себе, прямо вошли в стеклянные сени между двумя рядами статуй в нишах), значительно посмотрев на старенький салоп, спросил, кого им угодно, княжен или графа, и, узнав, что графа, сказал, что их сиятельству нынче хуже и их сиятельство никого не принимают.
– Мы можем уехать, – сказал сын по французски.
– Mon ami! [Друг мой!] – сказала мать умоляющим голосом, опять дотрогиваясь до руки сына, как будто это прикосновение могло успокоивать или возбуждать его.
Борис замолчал и, не снимая шинели, вопросительно смотрел на мать.
– Голубчик, – нежным голоском сказала Анна Михайловна, обращаясь к швейцару, – я знаю, что граф Кирилл Владимирович очень болен… я затем и приехала… я родственница… Я не буду беспокоить, голубчик… А мне бы только надо увидать князя Василия Сергеевича: ведь он здесь стоит. Доложи, пожалуйста.
Швейцар угрюмо дернул снурок наверх и отвернулся.
– Княгиня Друбецкая к князю Василию Сергеевичу, – крикнул он сбежавшему сверху и из под выступа лестницы выглядывавшему официанту в чулках, башмаках и фраке.
Мать расправила складки своего крашеного шелкового платья, посмотрелась в цельное венецианское зеркало в стене и бодро в своих стоптанных башмаках пошла вверх по ковру лестницы.
– Mon cher, voue m"avez promis, [Мой друг, ты мне обещал,] – обратилась она опять к Сыну, прикосновением руки возбуждая его.
Сын, опустив глаза, спокойно шел за нею.
Они вошли в залу, из которой одна дверь вела в покои, отведенные князю Василью.
В то время как мать с сыном, выйдя на середину комнаты, намеревались спросить дорогу у вскочившего при их входе старого официанта, у одной из дверей повернулась бронзовая ручка и князь Василий в бархатной шубке, с одною звездой, по домашнему, вышел, провожая красивого черноволосого мужчину. Мужчина этот был знаменитый петербургский доктор Lorrain.
– C"est donc positif? [Итак, это верно?] – говорил князь.
– Mon prince, «errare humanum est», mais… [Князь, человеку ошибаться свойственно.] – отвечал доктор, грассируя и произнося латинские слова французским выговором.
– C"est bien, c"est bien… [Хорошо, хорошо…]
Заметив Анну Михайловну с сыном, князь Василий поклоном отпустил доктора и молча, но с вопросительным видом, подошел к ним. Сын заметил, как вдруг глубокая горесть выразилась в глазах его матери, и слегка улыбнулся.
– Да, в каких грустных обстоятельствах пришлось нам видеться, князь… Ну, что наш дорогой больной? – сказала она, как будто не замечая холодного, оскорбительного, устремленного на нее взгляда.
Князь Василий вопросительно, до недоумения, посмотрел на нее, потом на Бориса. Борис учтиво поклонился. Князь Василий, не отвечая на поклон, отвернулся к Анне Михайловне и на ее вопрос отвечал движением головы и губ, которое означало самую плохую надежду для больного.
– Неужели? – воскликнула Анна Михайловна. – Ах, это ужасно! Страшно подумать… Это мой сын, – прибавила она, указывая на Бориса. – Он сам хотел благодарить вас.
Борис еще раз учтиво поклонился.
– Верьте, князь, что сердце матери никогда не забудет того, что вы сделали для нас.
– Я рад, что мог сделать вам приятное, любезная моя Анна Михайловна, – сказал князь Василий, оправляя жабо и в жесте и голосе проявляя здесь, в Москве, перед покровительствуемою Анною Михайловной еще гораздо большую важность, чем в Петербурге, на вечере у Annette Шерер.
– Старайтесь служить хорошо и быть достойным, – прибавил он, строго обращаясь к Борису. – Я рад… Вы здесь в отпуску? – продиктовал он своим бесстрастным тоном.
– Жду приказа, ваше сиятельство, чтоб отправиться по новому назначению, – отвечал Борис, не выказывая ни досады за резкий тон князя, ни желания вступить в разговор, но так спокойно и почтительно, что князь пристально поглядел на него.
– Вы живете с матушкой?
– Я живу у графини Ростовой, – сказал Борис, опять прибавив: – ваше сиятельство.
– Это тот Илья Ростов, который женился на Nathalie Шиншиной, – сказала Анна Михайловна.
– Знаю, знаю, – сказал князь Василий своим монотонным голосом. – Je n"ai jamais pu concevoir, comment Nathalieie s"est decidee a epouser cet ours mal – leche l Un personnage completement stupide et ridicule.Et joueur a ce qu"on dit. [Я никогда не мог понять, как Натали решилась выйти замуж за этого грязного медведя. Совершенно глупая и смешная особа. К тому же игрок, говорят.]
– Mais tres brave homme, mon prince, [Но добрый человек, князь,] – заметила Анна Михайловна, трогательно улыбаясь, как будто и она знала, что граф Ростов заслуживал такого мнения, но просила пожалеть бедного старика. – Что говорят доктора? – спросила княгиня, помолчав немного и опять выражая большую печаль на своем исплаканном лице.
– Мало надежды, – сказал князь.
– А мне так хотелось еще раз поблагодарить дядю за все его благодеяния и мне и Боре. C"est son filleuil, [Это его крестник,] – прибавила она таким тоном, как будто это известие должно было крайне обрадовать князя Василия.
Князь Василий задумался и поморщился. Анна Михайловна поняла, что он боялся найти в ней соперницу по завещанию графа Безухого. Она поспешила успокоить его.
– Ежели бы не моя истинная любовь и преданность дяде, – сказала она, с особенною уверенностию и небрежностию выговаривая это слово: – я знаю его характер, благородный, прямой, но ведь одни княжны при нем…Они еще молоды… – Она наклонила голову и прибавила шопотом: – исполнил ли он последний долг, князь? Как драгоценны эти последние минуты! Ведь хуже быть не может; его необходимо приготовить ежели он так плох. Мы, женщины, князь, – она нежно улыбнулась, – всегда знаем, как говорить эти вещи. Необходимо видеть его. Как бы тяжело это ни было для меня, но я привыкла уже страдать.

к. т. н. С. Б. Горунович (Усть-Илимская ТЭЦ)

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все чаще и чаще, для нужд учета количества воды и тепла, производится установка расходомерных устройств на сетях тепло и водоснабжения. При этом известно, что весомую часть суммарных, невосполнимых потерь при транспортировке составляют потери в местных сопротивлениях трубопроводов при передаче жидких и газообразных сред. Местные сопротивления приводят к потерям давления (напора) и, как результат, к снижению расходов у потребителей.

Некоторые расходомерные устройства являются сильными местными сопротивлениями (например - диафрагма). Случается, что при установке расходомерных устройств необходимо создать сужение существующего трубопровода с целью обеспечения достаточной скорости жидкости для эффективной работы расходомерного устройства. Следовательно, учет местных сопротивлений сужений, диафрагм, а также диффузоров и конфузоров (плавных расширений и сужений) в гидравлических расчетах сетей является актуальной задачей.

Местные потери полного давления возникают при местном нарушении нормального течения, отрыве потока от стенок, вихреобразовании и интенсивном турбулентном перемешивании потока в местах изменения конфигурации трубопровода или при встрече или обтекании препятствий (вход жидкости (газа) в трубопровод; расширение, сужение, изгиб и разветвление потока; протекание жидкости (газа) через отверстия, решетки, дроссельные устройства; фильтрация через пористые тела и т.д.). Эти явления усиливают обмен количеством движения между частицами движущейся жидкости (т. е. трение), повышая диссипацию энергии. К местным потерям давления относятся также потери динамического давления при выходе жидкости (газа) из сети в другой объем или окружающую среду .

Для оценки местных сопротивлений в современных гидравлических расчетах оперируют безразмерным коэффициентом гидравлического сопротивления, весьма удобным тем, что в динамически подобных потоках, при которых соблюдаются геометрическое подобие участков и равенство чисел Рейнольдса (и других критериев подобия, если они существенны) он имеет одно и то же значение независимо от вида жидкости (газа), а также от скорости потока (по крайней мере до чисел Маха=0,8-0,9) и поперечных размеров рассчитываемых участков . Коэффициент гидравлического сопротивления представляет собой отношение потерянной на данном участке полной энергии (мощности) к кинетической энергии (мощности) в принятом сечении .

ДИАФРАГМА

Достаточно широко распространенным прибором для измерения расхода является диафрагма (расходомерная шайба), обычно выполняемая в виде плоского кольца с круглым отверстием в центре, устанавливаемого между фланцами трубопровода, см. рис.1.

На рисунках использованы следующие обозначения величин: w - скорость потока, F - площадь сечения, произведение величин wF - расход, D - диаметр, L - длина. Индексы показывают принадлежность к сечениям.

Края отверстия диафрагмы чаще всего имеют входные кромки под углом 45 град. Форма диафрагмы, конструктивные элементы расходомерного узла с диафрагмой регламентируются нормами (ГОСТ 8.586.2-2005).

Следует иметь в виду, что являясь простым и эффективным инструментом для измерения расхода, диафрагма имеет и свои отрицательные стороны, а именно, создает значимое сопротивление потоку.

Источники , предлагают следующую формулу для определения коэффициента сопротивления диафрагмы, расчетная схема которой приведена на рис.1:

. (1)

Формула справедлива для тонких диафрагм с острыми краями при , где D Г =4F 0 /П 0 , П 0 - периметр, а также при Re > 10 5 . Структура формулы наглядно показывает вероятность быстрого роста коэффициента сопротивления с ростом отношения F 1 /F 0 .

В ГОСТ 8.586.2-2005 приведена более сложная зависимость для определения коэффициента сопротивления, учитывающая влияние некоторых конструктивных факторов, а так же числа Рейнольдса. По моему мнению, для расчетов инженерных сетей формула (1) остается более удобной, ввиду своей простоты и компактности. При этом при больших числах Рейнольдса (Re > 10 5) конструктивные факторы, учтенные в ГОСТ, оказывают слабое влияние на результат.

ДИФФУЗОРЫ

Плавные расширения коробов и трубопроводов при переходе от меньшего к большему сечениям носят названия диффузоров. Основными геометрическими характеристиками диффузоров с прямыми стенками являются угол расширения , степень расширения n n 1 =F 1 /F 0 и относительная длина l д /D 0 , см. рис.2. Возрастание коэффициента сопротивления диффузора заданной длины, с дальнейшим увеличением угла расширения, вызывается усиливающим турбулентным перемешиванием потока, отрывом пограничного слоя от стенки диффузора и связанным с этим сильным вихреобразованием .

В общем случае коэффициент сопротивления диффузора, установленного внутри сети, зависит от условий входа, от числа Рейнольдса, от относительной скорости . Однако в инженерной практике, при относительных больших числах Рейнольдса и турбулентном течении, вышеперечисленными факторами пренебрегают.

Для инженерных расчетов для определения коэффициента сопротивления диффузора источники , , , рекомендуют формулу:

. (2)

При равномерном профиле скорости во входном сечении и больших числах Рейнольдса (Re> 2x10 5) коэффициент (полноты удара) для конических диффузоров с углами расширения :

. (3)

Если проанализировать зависимость величины коэффициента сопротивления диффузора от угла расширения , то можно условно выделить три зоны:

а) относительно низких значений коэффициента сопротивления ;

б) зона быстрого роста ;

в) зона высоких значений коэффициента сопротивлений .

Очевидно, что для снижения сопротивления диффузора следует придерживаться правила: . Если по конструктивным, либо по каким-либо другим причинам не удается выдержать угол диффузора меньше 60 град., можно вообще отказаться от диффузора без ущерба для пропускной способности.

Что касается влияния числа Рейнольдса на величину коэффициента, к этому вопросу необходимо подходить более осторожно.

а) в СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» рекомендуемые скорости для трубопроводов насосных станций - 0,6 - 4 м/с;

б) в справочном пособии «Водяные тепловые сети» - 0,5 - 3 м/с;

в) в учебном пособии «Системы вентиляции» - 0,7 - 20 м/с.

Нетрудно установить, что при минимальных скоростях и диаметрах (при температуре 20 град.) числа Рейнольдса могут принимать минимальные значения для воды - 0,13х10 5 , для воздуха - 0,03х10 5 . При этом необходимо учесть, что со снижением чисел Рейнольдса до Re=0,5x10 5 -1x10 5 в зоне а) (при ) коэффициент сопротивления возрастает в 2 и более раз.

Условия протекания в коротких диффузорах (с большими углами расширения) могут быть значительно улучшены, а сопротивление уменьшено, если предупредить в них отрыв потока или вихреобразование . Примеры конструктивных решений, способствующих снижению коэффициента сопротивления, приведены на рис.3. Согласно коэффициент сопротивления диффузора при этом может быть снижен на 35 - 40%.

Более подробно способы снижения сопротивления рассмотрены в фундаментальном труде И. Е. Идельчика .

КОНФУЗОРЫ

Переход от большего сечения к меньшему, через плавно сужающийся участок - конфузор, также сопровождается сравнительно большими невосполнимыми потерями полного давления. Коэффициент сопротивления конфузора с прямолинейными образующими также зависит от угла сужения , степени сужения n 0 =F 0 /F 1 и относительной длины l 0 /D 0 , а при малых числах Рейнольдса также и от числа Рейнольдса, см. рис.4.

Для инженерных расчетов общий коэффициент сопротивления конфузоров удобно представить в виде , :

где , ( в градусах).

В пределах общий коэффициент сопротивления конфузора с прямолинейными образующими имеет минимум, который, по крайней мере при Re > 10 5 остается практически постоянным и равным 0,05 .

Сопротивление конфузоров можно значительно уменьшить, осуществив плавный переход от большего сечения к меньшему, с помощью криволинейных образующих (по дуге окружности или другой кривой), а также скруглив прямолинейные стенки конфузоров на выходе в прямой участок, см. рис.6.

КОНФУЗОРНО-ДИФФУЗОРНЫЙ ПЕРЕХОД

Известно, что сопротивления, расположенные рядом, оказывают взаимное влияние друг на друга.