Истечение жидкости через насадки.
Насадками называют короткие трубы, имеющие различные формы живого сечения и постоянные или меняющиеся размеры основного канала по длине. Длину насадков обычно принимают равной трем – пяти характерным размерам живого сечения. Насадки применяют для измерения расхода жидкости, организации направленного слива, создания струй фонтанных, пожарных, гидромониторных и др. Воздействием струй воды приводят во вращение колеса ковшовых гидротурбин, струями высокого давления разрушают твердые горные породы, режут металлы и т.д.
Поток жидкости, поступающий в насадок, в большинстве случаев отрывается от стенки насадка у входа, сужается, расширяется и вновь касается у выхода. Область отрыва заполнена завихренной массой жидкости. В этой области создается пониженное давление, что увеличивает действующий напор, и 
поэтому коэффициент расхода насадков выше, чем отверстий (рис.).
Рис. Виды насадков: а - внешний цилиндрический (Вентури); б - внутренний цилиндрический (Борда); в – конически расходящийся; г - конически-сходящийся; д - коноидально-расходящийся; е – коноидальный.
Насадок с хорошо закругленными краями (мерное сопло) – наиболее распространенная форма насадка, применяемого для определения расхода жидкости. Фланец насадка заподлицо с днищем устанавливают в мерную емкость. Это мерное устройство называют данаидой. Радиус закругления в насадках принимают равным R=(З...4)d; протяженность цилиндрической части составляет l=0,25d. Такое очертание насадка обеспечивает выход струи без сжатия, т.е. e=1. Коэффициент расхода калиброванного насадка, изготавливаемого из металла, не подвергающегося коррозии, вполне стабилен.
|
|
|
Расход жидкости при помощи данаиды определяют по формуле: 
Для насадка Вентури после соответствующих преобразований получим следующие соотношения.
Рис. Схема насадка Вентури.
Скорость потока при выходе из насадка 
где j - коэффициент скорости для насадка,
Расход жидкости, проходящей через цилиндрический насадок, 
Так как в области выхода потока насадок работает полным сечением, то коэффициент сжатия e=1. Поэтому коэффициент расхода жидкости через насадок равен коэффициенту скорости: mн=j.
Следует заметить, что увеличение длины патрубка приводит к возрастанию V и, соответственно, к уменьшению коэффициента расхода насадка. Поэтому для цилиндрических насадков обычно принимают длину l=(3...4)d, при которой насадок еще работает полным сечением с образованием вакуума, причем величиной V пренебрегают. В случае меньшей длины насадка струя не успевает расширяться до полного её сечения и истечение будет происходить как из отверстия в тонкой стенке. Значения коэффициентов для насадков различных типов можно принимать по табл.
|
|
|
Последняя формула справедлива для насадков всех типов, а также для отверстий в толстой стенке.
Увеличение пропускной способности насадка в сравнении с отверстием происходит за счет образования вакуума в сжатом сечении.
Расход жидкости, проходящей через насадок ,
Заменив в зависимости (I2) hвак на 0,75H0 получим
Сравнивая эти формулы для расхода жидкости через малое отверстие, можно сделать вывод, что в результате образования вакуума пропускная способность цилиндрического насадка увеличивается по сравнению с малым отверстием того же диаметра в тонкой стенке.
В конически расходящихся насадках в области сжатого сечения создается вакуум, как и в цилиндрических насадках, но большей величины. При этом величина вакуума возрастает с ростом угла конусности. При большом угле конусности возможен отрыв струи от стенок насадки и, следовательно, срыв вакуума. Опытом установлено, что оптимальный угол конусности составляет 5-7°. Конически расходящиеся насадки из-за расширения потока отличаются от всех других насадков значительными потерями напора. Расходящиеся насадки имеют малые скорости выхода вследствие увеличения площади поперечного сечения потока.
|
|
|
Конически сходящиеся насадки используют для увеличения скорости выхода жидкости, т.е. создания струй, обладающих большой удельной кинетической энергией. Струи, выходящие из таких насадков, отличаются компактностью и способностью на длительном расстоянии сохранять свою форму, не распадаясь на отдельные капли. Коэффициент расхода насадка зависит от угла конусности и достигает своего максимального значения при угле 13°24', так как в этом случае площадь сжатого сечения оказывается равной площади выходного сечения. При дальнейшем увеличении угла конусности затрачивается энергия на сжатие струи при выходе из насадка и в связи с этим уменьшается коэффициент расхода.
Коноидальный насадок представляет собой усовершенствованный сходящийся насадок. Он выполняется по форме струи жидкости, вытекающей из отверстия, что устраняет сжатие струи и сводит до минимума потери напора.
Явления, происходящие во внутреннем и внешнем цилиндрическом насадке (насадке Борда), аналогичны. Условия входа жидкости в нём несколько хуже вследствие большего изгиба линий тока, поэтому коэффициент расхода внутреннего насадка несколько меньше, чем внешнего.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1237; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!