Гидравлика: Лабораторный практикум, страница 23

Выходящая из конического сходящегося насадка струя характеризуется большой кинетической энергией, в связи с чем эти насадки применяются в тех случаях, когда нужно при данном напоре иметь большую скорость истечения, большую дальность полета струи и силу ее удара, например в пожарных брандспойтах, в гидромониторах, в соплах турбин.

Конический расходящийся насадок. В насадке (рис. 7.9) внутреннее сжатие значительно больше, чем в коническом сходящемся и цилиндрическом насадках. Поэтому в расходящемся насадке сильно возрастают потери и уменьшается коэффициент скорости, внешнего сжатия при выходе из насадка нет, т. е. .

Коэффициенты истечения зависят от угла конусности  При  в среднем можно принимать   (значения коэффициентов отнесены к выходному сечению).

При углах  (рис. 7.9) насадок перестает работать полным сечением, происходит отрыв струи, струя вытекает, не касаясь стенок, и истечение происходит как из отверстия.

Конические расходящиеся насадки целесообразно применять в тех случаях, когда при заданном напоре нужно увеличить расход и в то же время уменьшить скорость истечения, а также когда необходимо достичь значительного всасывающего эффекта, например в эжекторах.

Рассмотренные коэффициенты истечения зависят в первую очередь от типа отверстия и насадка, а так же, как и все безразмерные коэффициенты в гидравлике от основного критерия гидродинамического подобия (числа Re). Зависимости коэффициентов μ, φ и ε для круглого отверстия от Re_и, посчитанного по идеальной скорости истечения, показаны на рис. 7.10.

.

С увеличением Re_и коэффициент φ возрастает в связи с уменьшением коэффициента сопротивления , а коэффициент ε уменьшается вследствие уменьшения торможения жидкости у кромки отверстия и увеличения радиусов кривизны поверхности струи на ее участке от кромки до начала цилиндрической части.

Средние значения коэффициентов истечения воды из отверстия в тонкой стенке и насадков различных типов приведены в прил.1, табл. 2.

7.3. Истечение жидкости при переменном напоре

Истечение жидкости при переменном напоре представляет значительный интерес. Подобные задачи встречаются при вытекании жидкости из баков, бассейнов, резервуаров.

При изменении напора во времени изменяются параметры потока (расход, скорость, давление). Поэтому истечение жидкости из резервуара при переменном напоре представляет один из случаев неустановившегося движения.

Для определения параметров неустановившегося движения уравнение Бернулли для установившегося движения, в общем случае не пригодно. Однако при истечении из резервуара большой площади через отверстие, насадок или трубу, площади которых во много раз меньше площади резервуара, уровень в резервуаре изменяется медленно, ускорение струи мало, скорость изменяется заметно, только если процесс продолжителен. В этом случае говорят о квазиустановившемся движении.

При расчете параметров квазиустановившегося потока принято время процесса разбивать на бесконечно большое число бесконечно малых интервалов dt, в пределах каждого интервала считать движение установившимся и пользоваться уравнением Бернулли.

Основная задача при рассмотрении истечения с переменным напором – определение времени, за которое напор изменится от начального значения H₁ до некоторого назначенного значения H₂.

Рассмотрим истечение жидкости в атмосферу из резервуара произвольной формы, площадь которого  переменна по высоте, через донное отверстие площадью  при переменном напоре (рис. 7.11). Движение жидкости при этом является неустановившимся, так как напор изменяется с течением времени, а следовательно, меняется со временем и расход вытекающей жидкости.

Допустим, что уровень в данный момент времени находится на высоте h. За бесконечно малый промежуток времени dt, в течение которого уровень в резервуаре опустится на величину dh, течение можно считать установившимся. За это время из отверстия вытекает объем жидкости:

,                                  (7.1)

или

,                             (7.2)