Истечение несжимаемых сред через насадки

Рисунок 6.2. Истечение через насадки

Рассмотрим истечение жидкости через насадки, присоединенные к отверстию в стенке резервуара. Если насадок имеет цилиндрическую форму с острыми кромками на входе (рисунок 6.2-а) и длину l ³2,5d, то струя, истекающая из отверстия, успевает сначала сузиться, а затем расшириться до полного сечения насадка. В промежутке между сжатым сечением и стенками насадка образуется вихревая зона. Так как струя выходит из насадка полным сечением, то коэффициент сжатия (отношение сечений струй на выходе и входе насадка ) e =1, а коэффициент расхода m=ej=j. Для определения коэффициента скорости j составим уравнение Бернулли для сечения 1-1 (здесь скорость жидкости принимаем равной нулю, W₁ =0 ) и 2-2 (рис. 41-а) :

(6.4)

Потери давления в насадке складываются из потерь на входе и на внезапное расширение струй внутри насадка

Т.к

,

то

 

(6.5)

Теперь уравнение запишется в виде:

а скорость истечения

(6.6)

или

где

,

и при значениях k_вх=0,04...0,06 и e_сж=0,63 j=0,82...0,85.

В случае, если цилиндрический насадок имеет плавный вход
(рисунок 6.2, б), то сопротивление насадка значительно снижается и коэффициенты, скорости и расхода близки к единице: m=j=0,95...1,0. Если же к отверстию приставить конический расходящийся насадок (диффузор) с плавными кромками у входа (рисунок 6.2, в), то коэффициент расхода становится больше единицы и для наиболее выгодных углов конусности b =7...12° и m=1,1...l,2, если в формуле

в качестве расчетного, принимается сечение на входе, а отношение l/d=3. Если угол конусности b > 12°, то струя отрывается от стенок и коэффициент расхода резко падает. Диффузорный насадок целесообразно применять в тех случаях, когда при заданном давлении p₁ нужно увеличить расход и в то же время уменьшить скорость истечения жидкости (например, желая избежать размыв грунта). Следует заметить, что в насадках в месте сжатия струи создается вакуум (давление меньшее, чем в сечении 2-2). В диффузорных насадках величина вакуума больше, чем в цилиндрических насадках, поэтому их используют также там, где необходимо достичь значительный всасывающий эффект (инжекторы, эжекторы, струйные насосы).

Таким образом, применяя насадки можно получить существенное увеличение расхода жидкости по сравнению с простыми отверстиями: для цилиндрического насадка с острыми кромками в 0,82:0,63=1,31 раза, для цилиндрического насадка с плавными кромками в 0,95:0,63=1,51 раза, для диффузорного насадка в 1,2:0,63=1,91 раза.