Vihorno strujanje u pravim difuzorima kružnog poprečnog preseka

Abstract

Ovim radom obuhvaćena su kompleksna teorijska i eksperimentalna istraživanja vihornih turbulentnih strujanja, u pravim difuzorima kružnog poprečnog preseka. Generator vihornog strujanja, u okviru ovog rada, je obrtno kolo aksijalnog ventilatora, koje je postavljeno u početnom delu kratke cevne deonice kružnog poprečnog preseka na koju se nastavlja ispitivani difuzor. Prvi cilj istraživanja je izučavanje karakteristika vihornog strujanja u difuzoru, odnosno određivanje odnosa koeficijenta gubitaka pri vihornom strujanju sa koeficijentom gubitaka pri čisto aksijalnom strujanju u pravim difuzorima kružnog poprečnog preseka. Drugi cilj, je formiranje algebarskog modela turbulentnog vihornog strujanja, baziranog na Rejnoldsovim jednačinama i saznanjima o ukupnim naponima turbulentnog strujanja do kojih se došlo u okviru istraživanja. Ukupni naponi turbulentnog strujanja računaju se na osnovu prosečnih vrednosti veličina stanja fluida. Prosečne vrednosti određene su merenjem profila totalnog (ukupnog) pritiska, statičkog (strujnog) pritiska i strujnog ugla, odnosno profila obimske i aksijalne komponente prosečne brzine, u različitim presecima duž tri difuzora (različitih uglova širenja), za više različitih režima. Analizom sračunatih ukupnih napona turbulentnog vihornog strujanja, dobijeni su opšti izrazi i zakonitosti njihovih promena po radijusu duž difuzora. Na osnovu algebarskog modela određuju se polje brzine i pritiska u nizstrujnim presecima difuzora, kada su dati granični i početni uslovi nestišljivog strujanja fluida...

This doctoral dissertation comprises complex theoretical and experimental investigations of the turbulent swirl flow in conical diffusers. The incompressible swirl flow field is induced by the axial fan runner, which is set in the initial part of the straight pipe section followed by a conical diffuser. The first goal of this research is studying of swirl flow caracteristics in conical diffusers, and determination of the ratio of swirl flow loss coefficients and loss coefficients in pure axial flow in conical diffusers. The second goal is to form an algebraic model for the calculation of turbulent swirl flow, which is based on the Reynolds equations and turbulent stresses determined in the experimental investigations. Turbulent stresses are calculated on the basis of the average values of fluid state parameters. Average values were determined by measuring the profiles of total and static pressure, as well as flow angle, i.e. profiles of the average circumferential and axial velocity components at different sections along the three conical diffuser geometries (various diffuser angles), for different regimes. Аnalysis of calculated turbulent stresses provides general expressions and their distributions along the radius and diffuser axis. Velocity and pressure fields in the downstream sections of the diffuser are determined on the basis of algebraic model, when boundary and initial conditions of incompressible fluid flow are defined...