Практическое пособие к лабораторным занятиям по курсу ''Гидравлика, гидропривод и гидропневмоавтоматика'', страница 12

При входе в насадок, благодаря острой входной кромке, струя жидкости сначала сужается, как и при истечении через отверстие, а затем расширяется, заполняя все сечение насадка, и вытекает из него полным сечением (рис.1). Вследствие сжатия струи в сжатом сечении скорость жидкости больше, а давление, соответственно, меньше, чем на входе из насадка. При истечении в атмосферу в сжатом сечении образуется вакуум. Это приводит к подсасыванию жидкости из резервуара, в результате чего при одинаковом напоре расход жидкости через насадок будет больше, чем через отверстие.

В случае истечения жидкости через насадок скорость и расход определяются по тем же формулам, что и для отверстия, т.е.:

,                                               (1)

.                                         (2)

Здесь w - площадь выходного отверстия насадка;

 - коэффициент скорости;

z_н - коэффициент сопротивления насадка:

,                                  (3)

где z_вх. @ 0,06 - коэффициент сопротивления входного отверстия насадка;

z_в.р. - коэффициент гидравлических сопротивлений на расширение потока за сжатым сечением;

z_дл. - коэффициент гидравлического сопротивления по длине насадка. Для цилиндрического насадка:

, где l - коэффициент гидравлического трения;

l - длина насадка;

d - диаметр насадка;

e_с - коэффициент сжатия струи внутри насадка.

Для внешнего цилиндрического насадка (рис.1) e_с = 0,64.

Так как истечение из насадка наружу в большинстве случаев происходит полным сечением (струя на выходе не сужается), т.е. e_вых.=1, то коэффициент расхода насадка m равен коэффициенту скорости j :

.                                   (4)

Вследствие вакуума в сжатом сечении возрастает полный действующий напор, складывающийся из напора над центром входного отверстия насадка и величины вакуума в сжатом сечении. Это приводит к увеличению расхода жидкости через насадок.

Оценим теоретическое значение вакуума в сжатом сечении при истечении жидкости через внешний цилиндрический насадок (рис.1). Напишем уравнение Бернулли для сечений О-О и С-С (сжатое сечение), приняв в сечении О-О скорость жидкости v₀=0:

, откуда:

,                               (5)

где Р₀ и Р_с - давления, соответственно, в сечениях О-О и С-С.

Так как u_c=u/e_c , где  - скорость жидкости на выходе из насадка, то из уравнения (5) получим:

   (6)

Положив Р₀ = Р_ат. и подставив соответствующие значения коэффициентов: j = 0,82; e_с = 0,64; z_вх. = 0,06, получим:

.

Разность между атмосферным давлением Р_ат. и давлением в сечении С-С (Р_с) есть вакуум. Следовательно, величина вакуума, выраженная высотой столба жидкости, в сжатом сечении внешнего цилиндрического насадка равна

h_вак. = 0,74 Н.                                          (7)

Уменьшение давления в сжатом сечении насадка (увеличение вакуума h_вак.) физически возможно до давления насыщенных паров данной жидкости при данной температуре (Р_н.п.). Предельное значение вакуума с сжатом сечении определяется по формуле:

.                                  (8)

Если расчетная величина вакуума (7) превосходит предельное значение (8),то происходит срыв режима работы насадка (срыв вакуума): струя отрывается от стенок насадка и истекает неполным сечением.

Рис. 1. Истечение жидкости через насадки

В технике применяют насадки различной формы. Основные типы насадков приведены на рис.2, а средние значения их коэффициентов m, j, z, e - в табл. 1.

Таблица 1