Un diffusore è un raccordo che allarga la sezione per ridurre la velocità e guadagnare pressione statica. Compare all'uscita di ventilatori e compressori, nelle gallerie del vento, nei condotti di ventilazione e nei tubi di aspirazione.
Sembra semplice; poiché lavora sotto un gradiente di pressione avverso è una delle geometrie più difficili per la CFD.
Esiste un angolo ottimo
Se l'angolo è piccolo: non c'è separazione, ma il diffusore diventa lungo, le perdite per attrito si accumulano e occupa spazio.
Se l'angolo è grande: lo strato limite non regge il gradiente di pressione avverso e si separa. Il flusso separato ostruisce una parte della sezione, il rapporto di espansione efficace cala e il recupero di pressione diminuisce.
Fra i due sta un ottimo, entro una banda stretta. Il progetto di un diffusore è quindi un compromesso, non una massimizzazione.
La condizione d'ingresso conta quanto l'angolo
Lo stesso diffusore si comporta in modo del tutto diverso a seconda del profilo di velocità in ingresso. Un flusso distorto e rotante che esce direttamente da una curva o da un ventilatore innesca la separazione molto prima. Vedi la nota sul flusso secondario.
I rendimenti di diffusore a catalogo sono misurati con ingresso uniforme; il valore raggiunto in un impianto reale è quasi sempre inferiore.
Un avvertimento di modellazione
Il modello di turbolenza decide dove avviene la separazione, e il diffusore ne è l'esempio più sensibile: un modello non vede separazione alcuna, un altro la fa iniziare presto. I risultati possono differire di un fattore nel recupero di pressione. Vedi la nota sulla separazione.
Il flusso separato in un diffusore è inoltre instabile: la separazione può passare da una parete all'altra. Una soluzione stazionaria o non converge o produce una falsa simmetria. Vedi la nota sulla simmetria.
Metodi di controllo
Palette direttrici, generatori di vortici o aspirazione possono ritardare la separazione. Tutti danno guadagni misurabili ma sono sensibili al dettaglio geometrico — ed è proprio lì che l'analisi aggiunge valore.
Riferimenti
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8), 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149
- Langtry, R. B. & Menter, F. R. (2009). Correlation-based transition modeling for unstructured parallelized computational fluid dynamics codes. AIAA Journal, 47(12), 2894–2906. DOI: 10.2514/1.42362