Витікання через насадки при постійному напорі

Зовнішньою циліндричною насадкою називається коротка трубка довжиною, рівною декільком діаметрам без закруглення вхідної кромки (мал. 5.7). На практиці таку насадку часто виходить у тих випадках, коли виконують свердління в товстій стінці й не обробляють вхідну кромку. Витікання через таку насадку у газове середовище може відбуватися у двох режимах.

Перший режим - безвідривний режим. При витіканні струмінь, після входу в насадку стискається приблизно так само, як і при витіканні через отвір у тонкій стінці. Потім струмінь поступово розширюється до розмірів отвору з насадки виходить повним перерізом (мал.5.7).

Коефіцієнт витрати Q, що залежить від відносної довжини насадка l / d і числа Рейнольдса, визначається по емпіричній формулі:

Мал. 5.7. Витікання через насадку

Тому що на виході з насадки діаметр струменя дорівнює діаметру отвору, то коефіцієнт стиску ε = 1 і, отже,? =?, а коефіцієнт опору? = 0,5.

Якщо скласти рівняння Бернуллі для стислого перерізу 1-1 і перерізу за насадку 2-2 і перетворити його, то можна одержати падіння тиску усередині насадки

P₂ - P_1/0,75 Hgρ

При деякому критичному напорі Н_кр абсолютний тиск усередині насадки (переріз 1-1) стає рівним нулю (P₁ = 0), і тому

Отже, при Н > Н_кр тиск P₁ повинне було б стати негативним, але тому що в рідинах негативних тисків не буває, то перший режим руху стає неможливим. Тому при Н /Нкр відбувається зміна режиму витікання, перехід від першого режиму до другого (мал.5.8).

Мал. 5.8. Другий режим витікання через насадку

Другий режим характеризується тим, що струмінь після стиску вже не розширюється, а зберігає циліндричну форму й переміщається усередині насадки, не стикаючись із його стінками. Витікання стає точно таким же, як і з отвору в тонкій стінці, з тими ж значеннями коефіцієнтів. Отже, при переході від першого режиму до другого швидкість зростає, а витрата зменшується завдяки стиску струменя.

При витіканні через циліндричну насадку під рівень перший режим витікання не буде відрізнятися від описаного вище. Але при Н > Н_кр переходу до другого режиму не відбувається, а починається кавітаційний режим.

Таким чином, зовнішня циліндрична насадка має істотні недоліки: на першому режимі - великий опір і недостатньо високий коефіцієнт витрати, а на другому - дуже низький коефіцієнт витрати. Недоліком також є можливість кавітації при витіканні під рівень.

Зовнішня циліндрична насадка може бути значно поліпшена шляхом закруглення вхідної кромки або обладнання конічного входу. На мал.5.9 дані різні типи насадок і зазначені значення відповідних коефіцієнтів.

Мал. 5.9. Витікання рідини через насадки а - конічні, що розширюються; б – конічні, що звужуються; в - коноїдальні; г - внутрішні циліндричні

Конічні збіжні й коноїдальні насадки застосовують там, де необхідно одержати гарний компактний струмінь порівняно великої довжини при малих втратах енергії (у напірних брандспойтах, гідромоніторах і т.д.). Конічні збіжні насадки використовують для збільшення витрати витікання при малих вихідних швидкостях.

Дата добавления: 2014-01-07