Истечение жидкости через отверстия и насадки, страница 6

Применение сужающих насадков позволяет получить компактную струю с достаточно большой скоростью истечения. Насадки такого типа применяются в различных струйных аппаратах, гидромониторах, пожарных наконечниках и т.д.

У расходящихся насадков происходит расширение сечения под углом конусности . В таком насадке наблюдается достаточно большой отрыв потока от входных кромок, в результате водоворотная область увеличивается и, следовательно, площадь сжатого сечения уменьшается.

Вакуумметрический напор в сжатом сечении становится несколько больше, чем у внешнего цилиндрического насадка, с увеличением угла конусности .

Диаметр выходного отверстия насадка при диаметре входного d

.                                                 (6.38)

Увеличение размеров насадка, т.е. , D, в результате возрастания площади выходного отверстия обусловливает уменьшение коэффициента расхода .

Угол конусности рекомендуется устанавливать .

Опытами установлено, что при угле  и  значения .

Расход, проходящий в насадке, определяется по следующей формуле:

,                                                  (6.39)

где  - площадь выходного отверстия.

При сравнении внешнего цилиндрического и расходящегося насадков при одинаковых входных отверстиях расход последнего будет существенно большим.

Расходящиеся насадки используются в пожарной технике для распыления с помощью пенных огнетушителей, при увлажнении почв, в водоструйных насосах, гидроэлеваторах, в городских и парковых фонтанах для создания струи разных видов и форм и т.п.

Коноидальный насадок представляет собой улучшенный тип сходящегося насадка, у которого форма входного отверстия имеет плавное очертание. Плавное входное отверстие не вызывает отрыва потока от стенок, практически устраняет сжатие струи внутри насадка, в результате этого потери напора сводятся к минимуму (рис. 6.11). Значения коэффициентов  и  зависят от формы скругления, шероховатости внутренней поверхности насадка. Обычно  и в расчетах принимаются равными 0,950,98.

Рис. 6.11. Насадки с плавным входом: а - сходящийся; б - расходящийся

♦ Пример 6.3

Резервуар разделяется на две части вертикальной стенкой, в которой имеется круглый конусный насадок  мм. Глубина воды в левой части резервуара  м. Расход, протекающий через отверстие,  л/с. Определить глубину воды в правой части резервуара  и диаметр малого отверстия . Расстояние от дна резервуара до осей отверстия и насадка  м. Уровни воды в резервуарах постоянны (рис. 6.12).

Рис. 6.12. К примеру 6.3

Принимаем коэффициенты расхода отверстия , конусного насадка - . Расходы истечения из насадка и отверстия постоянны .

Истечение из насадка происходит при напоре .

Расход .

В данном уравнении  — неизвестная величина.

Определим  из уравнения расхода , возведя в квадрат и выделяя :

м.

Напор при истечении из малого отверстия

 м.

Расход из малого отверстия

.

Диаметр отверстия

 м.

6.5. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ ОТВЕРСТИЙ

И НАСАДКОВ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ НАПОРЕ

Истечение при переменном напоре в резервуаре

Истечение при переменном напоре является примером неустановившегося движения жидкости.

Рассмотрим опорожнение резервуара, имеющего постоянную площадь поперечного сечения, в боковой стенке которого имеется цилиндрический внешний насадок. Поперечная площадь резервуара , а площадь насадка - . Начальный напор над центром отверстия насадка . Предполагаем, что при опорожнении резервуара в него не будет поступать жидкость (рис. 6.13). Необходимо определить время, за которое напор над центром насадка при истечении жидкости в атмосферу установится равным .

Рис. 6.13. Истечение жидкости при переменном напоре в атмосферу

За время dt из резервуара вытечет объем жидкости dW, а уровень жидкости в нем понизится на величину dH.

Полагаем, что за отрезок времени dt напор будет постоянным и равным Н. Расход жидкости, вытекший за время dt из цилиндрического насадка при ,