Истечение жидкости через насадки

Насадкомназывается короткая трубка, соединенная с емкостью или трубопроводом и предназначенная для изменения параметров истечения, т.е. скорости истечения и расхода. Длина насадка обычно равна 3 – 4 его диаметрам.

При движении жидкости через насадок (рис. 12.2), так же как и при движении через отверстие, происходит сжатие струи. Так как сжатая часть струи отделена от атмосферы насадком, то между поверхностями струи и насадка образуется разрежение или вакуум.

Рис.12.2. Истечение жидкости через насадок

Образование вакуума можно проверить на опыте, если к насадку присоединить стеклянную трубку и опустить ее конец в сосуд с водой.

Кроме того, наличие разрежения следует из уравнения Бернулли. Запишем уравнение Бернулли для двух живых сечений 1–1 и 2–2

z1+ p1/rg+ v12/2g = z2 + p2/rg+ v22/2g. (12.8)

Так как  z1 = z2,  v1 >  v2,  то p1 < p2 = pа.

Благодаря наличию вакуума насадок работает как своеобразный насос, дополнительно подсасывая жидкость из емкости. Вследствие этого расход жидкости через насадок по сравнению с расходом через отверстие увеличивается.

В практике применяют насадки различных конструкций (рис. 12.3): цилиндрические, конические и коноидальные.

Рис.12.3. Основные типы насадков:

а– цилиндрический внешний; б – цилиндрический внутренний; в – цилиндрический сходящийся; г – конический расходящийся: д – коноидальный

Цилиндрическиенасадкиприменяют двух типов:внешниеи внутренние. Для внутреннего насадка расход жидкости несколько меньше, чем для внешнего. Это объясняется большими потерями напора в местном сопротивлении в связи с худшими условиями подхода жидкости к насадку. Цилиндрические насадки применяются, например, в дамбах и плотинах. Кроме того отверстия в толстой стенке фактически являются цилиндрическим насадком, например пропускные отверстия в поршне гидравлического амортизатора.

Коническиенасадкиприменяются двух типов:сходящиеся и расходящиеся. Сходящиеся насадки применяются при необходимости получить высокие скорости истечения жидкости, например, сопла турбин, пожарные наконечники и др. Расходящиеся насадки применяются для уменьшения скорости истечения жидкости (например, в дождевальных аппаратах, трубах под насыпями и др.).

Коноидальныенасадкиили соплавыполняются по форме вытекающей струи. Потери напора в насадке будут минимальными, а расход жидкости – максимальным. Это весьма рас-пространенный тип насадка, так как он имеет коэффициент расхода, близкий к единице и очень малые потери (коэффициент сжатия e= 1), а также устойчивый режим течения без кавитации.

Иногда применяют комбинацию сопла и диффузора (конического расходящегося насадка). Приставка диффузора к соплу влечет за собой снижение давления в узком месте насадка, а следовательно, увеличение скорости расхода жидкости через него. Поэтому при том же диаметре узкого сечения, что и сопла, и том же напоре такой диффузорный насадок может дать значительно больший расход (увеличение до 2,5 раза), чем сопло.

Однако такой насадок можно использовать только при небольших напорах: H = 1-4 м, так как иначе в узком месте насадка возникает кавитация.

Расчет истечения через насадки производится по тем же формулам, которые используются для расчета истечения жидкости через отверстие в тонкой стенке, только значения коэффициентов истечения принимаются другими (табл. 12.1).

Таблица 12.1

Средние значения коэффициентов истечения для насадков

Наименование насадка

Ɛ

x

j

m

Цилиндрический внешний

Цилиндрический внутренний

Конический сходящийся

Конический расходящийся

Коноидальный

1,0

1,0

0,98

1,0

1,0

0,5

1,0

0,06

3,94

0,06

0,82

0,71

0,97

0,45

0,98

0,82

0,71

0,95

0,45

0,98

Принцип истечения через насадки (рис. 12.4) может быть применен для определения расхода жидкости. Для этого в конце трубы устанавливают цилиндрический насадок, а перед ним – пьезометрическую трубку. Расход жидкости будет пропорционален измеренному пьезометри-ческому напору.

Рис. 12.4. Расходомер истечения

Таким образом, истечение жидкости через различные отверстия и насадки характеризуется тем, что в процессе истечения жидкости запас потенциальной энергии, которым обладает жидкость в резервуаре, превращается с большими или меньшими потерями в кинетическую энергию свободной струи и капель.

При теоретическом исследовании истечения жидкости основными вопросами являются такие, как вопросы определения скорости истечения и расхода жидкости и безразмерных коэффициентов истечения.

Будет полезно почитать по теме: