Истечение жидкости через отверстия и насадки

В гидравлике различают малые и большие отверстия. Малым называют отверстие, вертикальный размер которого существенно (в 5-10 раз) меньше напора истечения. В этом случае скорость вытекающей струи по сечению отверстия можно считать одинаковой. Если.струя касается только кромки отверстия, то стенку, в которой выполнено отверстие, в гидравлическом смысле называют тонкой. Такой случай истечения наблюдается при острой кромке отверстия, либо при толщине стенки менее половины диаметра отверстия.

Струя на выходе из отверстия в тонкой стенке сжимается, достигая на некотором (около 0.5 диаметра отверстия) расстоянии наименьшего сечения, называемого сжатым (рис.16). Степень сжатия струи оценивается коэффициентом сжатия

(2.5)

где w_c - площадь сжатого сечения струи, м²;

w - площадь отверстия, м².

Насадками называют патрубки длиной 3-4 диаметра, приставляемые к отверстию для увеличения расхода или придания струе особых свойств, например, дальнобойности (рис.17).

При входе в цилиндрический насадок струя сначала сужается, отрываясь от стенок и образуя циркуляционую зону с пониженным давлением (ниже атмосферного в случае истечения в атмосферу), а затем постепенно расширяется и заполняет все сечение насадка (рис.18). Сжатия струи при выходе из насадка не происходит, поэтому коэффициент сжатия для выходного сечения насадка e =1.

В инженерной практике скорость u и расход Q через отверстия и насадки определяют по формулам

(2.6)

(2.7)

где j - коэффициент скорости, учитывающий снижение скорости за счет гидравлического сопротивления отверстия и насадка;

Н - напор истечения, м;

w - площадь отверстия или выходного сечения насадка, м²;

m - коэффициент расхода, связанный с другими коэффициентами истечения соотношением , откуда видно, что m учитывает снижение расхода, вызываемое гидравлическими сопротивлениями и сжатием струи.

В общем случае коэффициенты истечения m, j, e зависят от числа Рейнольдса. При развитом турбулентном режиме истечения (при Re >l0⁵) численные значения коэффициентов становятся постоянными и равными:

для малых круглых отверстий в тонкой стенке

j =0.97 e =0.64 m =0.62

для внешнего цилиндрического насадка

j_н =0.82 e_н =1 m_н =0.82

Сравнение указанных коэффициентов для отверстия и насадка показывает, что присоединение к отверстию внешнего цилиндрического насадка обеспечивает при развитом турбулентном режиме истечения увеличение расхода (m_н > m) примерно на 30 %.

При истечении жидкости под уровень (рис.20) напор истечения (действующий напор) определяется разностью полных напоров до и после насадка (отверстия)

(2.8)

2.6. Контрольные задания по разделу "Основы гидродинамики"

Задача 1.

По трубопроводу диаметром d =100 мм движется жидкость На напорном водоводе постоянного диаметра в водопроводных колодцах А и В, расположенных на расстоянии l друг от друга, установлены манометры М_A и М_B (рис.19), показывающие давление p_а и p_B. Гидравлический уклон равен i, пьезометрический i_p. Высота колодцев Z_A и Z_B. Пользуясь данными таблицы 3, определить величины, отмеченные в ней знаком вопроса.

Таблица 3

№ вар	ZA, м	ZB , м	pA, кПа	pB, кПа	l, км	i	iP	Направление течения
					1.1	?	-	?
					2.1	-	?	?
					1,8	?	-	?
				?	1.5	-	0.002	От А к В
		?				-	0.0018	От А к В
			?		1.6	-	0.0019	От А к В
					3.2	-	?	?
				?	1.5	-	0.002 0202.	От B к A
	?				3.1	-	0.0043	От B к A
			?		2.6	-	0.0015	От B к A

Задача 2.

Определить расход воды, протекающий через насадок (рис.20) по данным таблицы 4. Во всех вариантах задан диаметр входного сечения. Значение давления дано в атмосферах, p _A= 1атм =101325Па.

Таблица 4

Дата добавления: 2015-10-29