Истечение жидкости через отверстия и насадки: Методические указания по выполнению лабораторной работы, страница 2

Истечение жидкости через насадки. Насадком называется короткий патрубок длиной обычно (3...5)d_o, присоединенный к отверстию с внешней или внутренней стороны. Применение насадков имеет целью увеличение расхода или изменения (увеличения, уменьшения) кинетической энергии струи. Для увеличения пропускной способности водосбросов на дамбах, плотинах и ускорения опоражнивания емкостей обычно используют цилиндрические насадки. Конические сходящиеся и коноидальные насадки (конфузоры) применяют с целью увеличения скорости, дальнобойности и силы удара струи (гидромониторы, брандспойты, входные элементы насосов, вентиляторов, струйные усилительные элементы, расходомеры и т.п.). Конически расходящиеся насадки (диффузоры) позволяют преобразовать часть кинетической энергии потока в потенциальную, т.е. повышают давление и уменьшают скорость, что используется, например, в выходных элементах насосов и вентиляторов, в топливоподающих элементах для лучшего распыления горючей смеси.

Для расчета насадков пригодны те же закономерности, что и для малого отверстия, но численные значения коэффициентов истечения e, m, z, j имеют другие значения (табл.1) и определяются экспериментально.

Существенная разница величин коэффициентов обусловлена различием условий входа, протекания и истечения жидкости. На примере внешнего цилиндрического насадка рассмотрим особенности протекания жидкости в нем по рис.2.

Таблица 1

Справочные величины коэффициентов сжатия e,

сопротивления z, скорости j и расхода m

^*коэффициенты e и m относятся к выходному сечению патрубка.

         Условия и характер течения жидкости на входе в патрубок с острой входной кромкой такие же, как и для отверстия. В сечении 1-1 струя максимально сжата, а на участке 1-2 она плавно расширяется, заполняя все сечение патрубка. Между сжатой струей и стенкой насадка образуется водоворотная (вихревая) зона с пониженным давлением р_вак. Это можно доказать, используя уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2. Поскольку в сечении 1-1 скоростной напор больше, чем в сечении 2-2, то для выполнения постоянства суммы скоростного и пьезометрического напоров (смысл уравнения Бернул-ли) напор (или давление) в сечении 1-1 должен быть меньше. При истечении в атмосферу р₂=р_атм и, следовательно, р₁<р_атм, т.е. в сечении 1-1 создается вакуум. С увеличением действующего напора Н и, следовательно, скорости истечения вакуум возрастает и в критической ситуации может начаться испарение и кипение жидкости - кавитация в вихревой зоне. Влияние вакуума на расход жидкости двоякое. С одной стороны, пониженное давление тормозит транзитную струю, т.е. возрастает коэффициент сопротивления z, но, с другой стороны, создается эффект “подсасывания” жидкости из резервуара, что в итоге ведет к значительному увеличению расхода.

Из описанной схемы истечения следует, что расход через отверстие в толстой стенке при  будет примерно на 35% больше, чем через такое же отверстие в тонкой стенке.