где - коэффициент
расхода большого отверстия.
Для прямоугольного отверстия площадь отверстия
,
где ,
- высота и ширина отверстия.
Следует
отметить, что коэффициент расхода зависит от размеров,
формы отверстия, обработки кромок отверстия, влияния стенок на сжатие струи,
напора
и т.д.
Ориентировочно
при определении расхода можно принимать при
совершенном сжатии и
- при несовершенном.
6.4. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ НАСАДКИ
Насадком называют патрубок относительно небольшой длины, имеющий различные поперечные формы сечения.
Насадки принято делить на основные три типа: цилиндрические, конические и коноидальные.
Цилиндрические насадки
Цилиндрические насадки могут быть внешними или внутренними (рис. 6.8).
На входе
в насадки имеются достаточно острые кромки. Внешний насадок присоединяется к
наружной стороне резервуара к отверстию того же диаметра под прямым углом.
Длина патрубка составляет порядка . В результате
обтекания острых кромок на входе в насадок происходит сжатие струи внутри
насадка, как это имеет место при истечении из малого отверстия. За сжатым
сечением площадью
следует расширение струи до
поперечного сечения самого насадка. Непосредственно в зоне сжатого сечения
возникает вихреобразование в виде кольцевой водоворотной области. Скорость
струи в сжатом сечении существенно больше скорости на входе в насадок, в
результате в этой области давление становится меньше атмосферного, т.е.
создается вакуумметрическое давление.
Рис. 6.8. Цилиндрические насадки: а - внешний; б - внутренний
Максимальное
вакуумметрическое давление будет иметь место
непосредственно в сжатом сечении. На границе водоворотной области ближе к
выходу из насадка
. Все вышеизложенное можно
доказать, используя уравнение Бернулли. Для получения формулы расхода для цилиндрического
насадка рассмотрим схему, представленную на рис. 6.9.
Напишем
уравнение Бернулли относительно плоскости сравнения 0-0, проходящей по оси
насадка. Сечение 1-1 принимаем по свободной поверхности жидкости в резервуаре,
а сечение 3-3 - на выходе из насадка. Давление на поверхности жидкости в
резервуаре , а истечение жидкости осуществляется в
атмосферу:
. (6.24)
Скоростью
движения в резервуаре пренебрегаем. Принимаем
.
;
;
;
;
.
Рис. 6.9. Истечение из внешнего цилиндрического насадка
Гидравлические потери на участке от сечения 1-1 до 3-3 с учетом потерь по длине
.
В результате после соответствующих подстановок получим
, (6.25)
где -
суммарный коэффициент сопротивления на участке от 1-1 до 3-3.
Скорость окончательно представляется в известном ранее виде
,
где - коэффициент скорости насадка;
.
Расход жидкости, проходящий через насадок,
. (6.26)
Так как
насадок не имеет сжатия на выходе из него, то , и для
цилиндрического насадка коэффициент расхода насадка
равен
коэффициенту скорости
:
. (6.27)
В
результате проведения опытов при длине насадка и
достаточно больших значениях числа
сумма коэффициентов
в среднем, как показали численные расчеты,
равна
.
Для цилиндрического насадка коэффициент скорости
.
Если
длина насадка , следует учитывать потери напора
по длине. Суммарный коэффициент сопротивлений
. (6.28)
Так как , то коэффициент расхода при
. (6.29)
В
результате увеличения скорости в сжатом сечении
возрастает вакуумметрическое давление. За счет разности атмосферного и
вакуумметрического давлений воздух может поступать в насадок через выходное сечение.
В результате поток будет полностью отрываться от стенок насадка и будет
происходить срыв вакуума. Насадок будет работать, как при истечении из
отверстия. Расход, проходящий через насадок, уменьшится и будет соответствовать
расходу, как из отверстия в тонкой стенке.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.