Изучение процессов истечения рабочих сред из сосудов под давлением, страница 6

где d – диаметр отверстия в стенке сосуда.

            По конструктивному исполнению они подразделяются: в зависимости от расположения на стенках сосуда - на внешние и внутренние; а по форме – на цилиндрические и конические (сходящиеся и расходящиеся) (см. рис. 4.2).

            При истечении из цилиндрического концевика (рис. 4.2а) поток рабочей среды вначале сжимается, а затем постепенно расширяется, заполняет полость концевика и истекает из него полным сечением. Внутри концевика в месте сжатия потока образуется давление разрежения напора среды равное (0,7…0,8)Н.

            Так как истечение рабочей среды из отверстия происходит в разреженную среду, то напор внутри концевика увеличивается. В суженном сечении скорость потока рабочей среды увеличивается, в результате увеличивается приток рабочей среды в концевик, а следовательно, и его пропускная способность. Это приводит к общему

увеличению коэффициента расхода по сравнению со случаем истечения рабочей среды из отверстия в стенке резервуара.

            При выходе из цилиндрического концевика сжатия потока рабочей среды не происходит, и коэффициент сжатия . Следовательно, коэффициент расхода среды . Среднее значение коэффициента сопротивления цилиндрического концевика . Соответствующее значение коэффициента скорости φ можно определить как:

.                                                         (4.6)

            Сравнивая значения коэффициентов расхода для цилиндрического концевика и отверстия, видим, что концевик увеличивает величину расхода рабочей среды в 1,32 раза. В то же время вследствие расширения потока среды скорость истечения меньше скорости истечения рабочей среды из отверстия.

            В конических сходящихся концевиках (рис. 4.2б) увеличивается не только расход, но и кинетическая энергия потока среды. В этих концевиках также происходит сжатие потока, но меньше, чем в цилиндрических. Коэффициенты φ и μ_s в этом случае зависят от угла конусности α. Наибольшие значения φ = 0,96 и μ_s = 0,96 соответствуют углу α = 13˚24´. Значительно меньше сопротивление потоку сужающихся концевиков, выполненных по форме потока среды (рис. 4.2в). Эти концевики называют коноидальными.

            Конические сходящиеся концевики применяют при необходимости получить направленный поток рабочей среды, обладающий большой кинетической энергией и сохраняющую форму на значительном расстоянии, например, в качестве сопл гидромониторов и гидротурбин, в пожарных брандспойтах и т.п.

            Особенностью истечения жидкости через конические расходящиеся концевики (рис. 4.2 г) является образование в области сжатия потока при входе в концевик значительного разрежения, почти вдвое большего, чем в цилиндрических насадках (0,3…0,4)Н.

Это приводит к значительному увеличению расхода рабочей среды. В то же время ввиду увеличения выходного сечения и коэффициента гидравлических сопротивлений скорость выхода из расширяющегося концевика сравнительно невелика. Такие насадки применяют в струйных насосах, диффузорах и т.д.

Пример 4.1.

Определите время опустошения камеры сосуда через цилиндрические пропускные отверстия при следующих данных: длина камеры L м, ширина B м, разность уровней рабочей среды в камере сосуда и за пропускным отверстием в начальный момент Н м, размер отверстий  (S x l), число отверстий n, коэффициент расхода среды равен.