отверстия и насадки

Исследование истечения жидкости через

Отверстие называется малым, если напор во всех его точках можно считать постоянным. Это условие с достаточной точностью выполняется, если диаметр dотверстия значительно меньше высоты столба жидкости от оси отверстия до свободной поверхности H.

Истечение называется с совершенным сжатием, если на процесс истечения не оказывают влияние боковые стенки сосуда. Это условие выполняется при их удалении от отверстия на расстояние более трех диаметров.

Если с одной или нескольких сторон это расстояние, меньшее трех диаметров отверстия, то имеет место неполное сжатие поперечного сечения струи.

Если стенки удалены по периметру на расстояние меньше трех диаметров, то истечение называется с несовершенным сжатием.

Степень сжатия оценивается коэффициентом сжатия

(1)

где площади отверстия и живого сечения струи в её сжатом сечении.

Таким образом, коэффициент сжатия - это отношение площади живого сечения струи в сжатом сечении к площади отверстия.

Применение уравнения Бернулли даёт

(2)

(3)

где U – средняя скорость движения жидкости после отверстия;

коэффициент скорости;

коэффициент местного сопротивления отверстия, представляет собой отношение ;

- скоростной напор.

В случаях идеальной жидкости ( =0, = 1) скорость струи равна теоретической:

(4)

Следовательно из соотношения (2) видно, что коэффициент скорости представляет собой отношение действительной скорости жидкости в струе к теоретической.

Расход жидкости определяется, как произведение скорости истечения на фактическую площадь сечения струи, а с использованием соотношений (1) и (2), получается расход через отверстие

(5)

Произведение коэффициентов скорости и сжатия принято называть коэффициентом расхода

(6)

Тогда формулу (5) можно записать в виде

Q= (7)

теоретический расход: Q= из уравнения (7) следует, что коэффициент расхода есть отношение действительного расхода к теоретическому:

(8)

Коэффициент сжатия, скорости, расхода и сопротивления зависят от типа отверстия или насадка и от критерия Рейнольдса,

(9)

где диаметр отверстия;

H- располагаемый напор;

кинематический коэффициент вязкости жидкости.

Насадком называется патрубок (короткая трубка), длина которого равна нескольким диаметрам d₀.

Рис. 1. Основные виды насадков. Рис. 2. Инверсия струи.

Насадки делятся на три основные группы: цилиндрические, конические и коноидальные. Цилиндрические насадки (рис. 1, а) разделяют на внешние и внутренние. Конические насадки раделяют на сходящиеся (рис.1, б) и расходящиеся (рис. 1, в), их осевые сечения представляют собой усеченные конусы. Коноидальные (рис.1, г) насадки имеют воронкообразную входную часть, выполненную по форме вытекающей струи, а выходной участок – цилиндрический.

Явление инверсии заключается в том, что струя во время полета на сохраняет форму живого сечения отверстия. Это изменение формы живого сечения вызывается действием сил поверхностного натяжения и сопротивления внешней среды, а также спецификой распределения скоростей жидких частиц перед отверстием (рис. 2).