Внешний цилиндрический насадок

Цилиндрический внешний насадок представляет собой цилиндрическую трубку длиной около трех-четырех диаметров (рис. 1.1, а). Струя жидкости при входе в насадок, благодаря острой входной кромке, сначала сужается в самом насадке вблизи отверстия, как и в случае истечения через отверстие в тонкой стенке. Затем расширяется и, заполняя далее все сечение насадка, жидкость вытекает из него полным сечением, равным площади выходного отверстия. Вследствие сжатия струи в сечении возникает вакуум, величина которого равна (0,7÷0,8)H и увеличение скорости потока. В результате этого происходит подсасывание жидкости и тем самым увеличивается пропускная способность цилиндрического насадка. С этой целью данный насадок и применяют. Сжатия струи на выходе из насадка не происходит; поэтому , а коэффициент расхода равен коэффициенту скорости. Однако внезапное сужение потока при входе в насадок и последующее расширение в нем являются причиной более значительных сопротивлений, чем при истечении через малое отверстие в тонкой стенке и коэффициент сопротивления насадка примерно в 8 раз больше, чем у отверстия.

Рис. 1.1. Схемы насадков

а – внешний цилиндрический; б – внешний цилиндрический с закругленными кромками; в – установленный под углом; г – при истечении под уровень; д – со срывом вакуума в насадке; е – внутренний цилиндрический; ж – внутренний цилиндрический со срывом струи; з – для забора жидкости из резервуара; и – конический сходящийся; к – коноидальный; л – конический расходящийся

Эти более значительные сопротивления и образование вакуума вокруг суженного сечения внутри насадка вызывают физическое изменение струи. В области вакуума образуются вихревые движения, и выделяется растворенный в жидкости воздух. В результате вытекающая через цилиндрический насадок струя теряет свою прозрачность. Траектория струи за насадком имеет более крутую форму, по сравнению со струей на выходе из отверстия в тонкой стенке. Вследствие меньшей выходной скорости истечения вытекающая из насадка струя несколько теряет свою «дальнобойность».

На основании многочисленных опытов установлены следующие значения коэффициентов истечения из внешних цилиндрических насадков: коэффициент сжатия ; коэффициент скорости ; коэффициент сопротивления и коэффициент расхода .

Расчетным является сечение выходного отверстия насадка и все эти коэффициенты отнесены к скорости истечения через выходное отверстие. Так как для круглого отверстия в тонкой стенке , то, очевидно, что внешний цилиндрический насадок увеличивает расход по сравнению с отверстием примерно на 34%.

Если вход в насадок выполнить с закругленными кромками (см. рис. 1.1, б), то коэффициент расхода m можно увеличить до 0,9–0,95, в зависимости от радиуса закругления.

В случае присоединения цилиндрического насадка к стенке под углом a, отличающимся от 90^о (рис. 1.1, в), процесс истечения не изменится, но вследствие несимметричного очертания струи в наклонном насадке величина потерь в нем будет больше.

Величина вакуума в насадке зависит от напора H. При больших напорах (H >10 м) происходит срыв вакуума. Струя протекает в насадке, не касаясь его стенок, а, следовательно, и не заполняя полностью выходное сечение (рис. 1.1, д). Истечение при этом происходит как из отверстия без насадка.

В случае истечения из насадка под уровень (рис. 1.1, г) величина вакуума будет меньше на величину противодавления, соответствующего высоте столба жидкости за насадком.

Экспериментально установлено, что создание устойчивого режима движения жидкости во внешнем цилиндрическом насадке с вакуумом в суженном сечении и с полным заполнением всего выходного отверстия возможно:

× при достаточной длине насадка (не менее 4d);

× при наличии вакуума в области сжатого сечения не боле 7,5–8,8 м;

× в случае предварительного заполнения жидкостью всего насадка с последующим медленным открыванием запорного приспособления, установленного в конце насадка.