Гидравлика: Лабораторный практикум, страница 22

Вакуум в насадке. Для определения величины вакуума в сжатом сечении насадка запишем уравнение Бернулли, связывающее это сечение с выходным сечением:

,

где  – потери напора на внезапное расширение струи.

Далее получаем

,

.

Заменив скорость  ее выражением через коэффициент скорости насадка, т. е. , получим

.

Обозначив

и подставив 0,82; 0,64, получим

.

При некотором критическом напоре  абсолютное давление внутри насадка в сжатом сечении (p_сж) становится равным нулю, и поэтому при истечении воды в атмосферу

.

При H> H_кр давление  должно бы стать отрицательным, но отрицательных давлений в жидкости из условия отсутствия разрыва сплошности не бывает. Поэтому, при  (рис. 7.5, б) происходит внезапное изменение режима истечения, а именно, при вакууме более 10 м водного столба начинается засасывание воздуха в насадок через выходное отверстие, струя отрывается от стенки насадка, вакуум исчезает. Струя после сжатия уже не расширяется, а пролетает внутри насадка, не соприкасаясь с его стенками. Истечение становится точно таким же, как и из отверстия в тонкой стенке с теми же значениями коэффициентов истечения. Насадок теряет свои преимущества в пропускной способности по сравнению с отверстием.

Относительная длина насадка. Все сказанное в отношении наружного цилиндрического насадка справедливо лишь для случая, когда l/d / 3…4 ¸ 6…7.

При меньших значениях l/d вихревая зона соединяется с атмосферой, вакуум не создается и струя вытекает как из отверстия. При увеличении длины насадка начинают играть роль потери напора на трение, в результате чего коэффициент расхода насадка уменьшается. При l/d > 60 расход через насадок будет меньше, чем расход через отверстие.

Внутренний цилиндрический насадок.
Цилиндрический насадок, установленный с внутренней стороны, называется внутренним цилиндрическим насадком (рис. 7.6). Струя на входе во внутренний цилиндрический насадок (рис. 7.6, а) испытывает большeе сжатие, чем в наружном насадке, поэтому коэффициенты скорости и расхода здесь меньше, чем в наружном цилиндрическом насадке. Внутренний насадок характеризуется следующими коэффициентами:

, , .

При малой длине внутреннего насадка (l < 3d) (рис. 7.6, б) струя вытекает из него, не касаясь стенок. При этом коэффициенты расхода, скорости, сжатия и сопротивления имеют следующие значения: , , , . Таким образом, цилиндрический насадок обладает существенными недостатками: на первом режиме – сопротивление и недостаточно высокий коэффициент расхода, а на втором – очень низкий коэффициент расхода.

Цилиндрический насадок может быть значительно улучшен путем закругления входной кромки.

Коноидальный насадок. Насадок имеет сложную форму (рис. 7.7). Выходной участок – цилиндрической формы, а вход выполняется по профилю свободно вытекающей через отверстие струи. Благодаря этому обеспечивается безотрывность течения внутри насадка, сжатие струи отсутствует (). Он имеет коэффициенты расхода и скорости, близкие к единице (), и очень малые потери (), а также устойчивый режим истечения без кавитации.

На практике коноидальные насадки применяют сравнительно редко из-за большой трудоемкости их изготовления; вместо них обычно используют конически сходящиеся насадки.

Конический сходящийся насадок. Насадок, имеющий форму усеченного конуса, сходящегося по направлению к выходному отверстию, называется коническим сходящимся насадком (рис. 7.8).

В случае конического сходящегося насадка сжатие струи на входе меньше, чем в наружном цилиндрическом, но зато появляется внешнее сжатие на выходе из насадка, после чего жидкость течет параллельными струйками. Вследствие меньшего внутреннего сжатия потери напора в этом насадке меньше, чем во внешнем цилиндрическом, а скорость больше.

Коэффициенты μ, φ, ε и  зависят от угла конусности . Коэффициент расхода достигает максимального значения, равного  при . Коэффициент скорости для этого случая равен  Сжатие струи при выходе из насадка оценивается коэффициентом  Потери малы, так как S_с примерно равна площади S на выходе из насадка  Значения коэффициентов истечения отнесены к выходному сечению насадка.