扩散器 — CAE用语解说

让我们使用伯努利方程。1/2*rho*v^2 + p = 常数（能量守恒）——「速度下降时压力上升」的关系存在——扩散器是一种通过扩大流路截面积来降低速度、将动压转化为静压的装置。存在于通风管道出口、离心泵出口、喷气发动机风扇管道——目的是提高「高速流的压力回收效率」。在理想的流路扩大中，运动能的全部被转化为压力，但在实际应用中会发生分离（流体脱离）现象，产生损失。

这是扩散器设计中最重要的问题。当流路急速扩大时，流体无法跟随壁面运动而发生分离，产生逆流区。压力回收率下降，压力损失增加——最坏的情况下扩散器无法正常功能。设计指南是「展开半角θ < 7°」以防止层流分离（湍流可略有缓和）。CFD中采用RANS改变θ进行多次设计计算，评估压力回收系数Cp = (p_out - p_in)/(0.5*rho*U_in^2)是标准方法。

离心泵的蜗壳（螺旋流路）也具有扩散器功能，将叶轮出口的高速旋转流减速并转化为压力。在CFD分析中（OpenFOAM的MRF+simpleFoam，Star-CCM+的Moving Reference Frame）——将叶轮分为旋转域，蜗壳为静止域，用AMI（Arbitrary Mesh Interface）连接。从CFD结果计算泵整体效率η = Q*H/(P/rho*g)，与实验值进行对比的V&V包含在设计流程中。通过扩散器设计优化改善泵效率2～3%的例子很常见。

是的。发动机进气歧管——从空气滤清器到节流阀体的流路——是形状复杂的扩散器。需要在生成涡流和横流的同时最小化压力损失。在空气动力学中，汽车前保险杠下部的「前扩散器」、车顶至车身后部的「后扩散器」存在于地面效应（产生下压力）——这是通过加速地面与车身间的狭窄流路来降低压力从而产生下压力的机制，是F1赛车空气动力学中最关键的设计要素。