Истечение жидкости через насадки

Насадки – короткие патрубки, присоединяемые к отверстию в тонкой стенке (рис. 4.4) с целью:

1) увеличения пропускной способности отверстия, т.е. расхода жидкости;

2) увеличения скорости истечения струи;

3) уменьшения скорости истечения струи.

Пример 1. Цилиндрический насадок (рис. 4.4 а) имеет длину L =(3¸4)· d.

Струя жидкости при выходе из отверстия и входе в насадок подвергается некоторому сжатию (d _стр @ 0,8· d).

Рассмотрим, каким образом решаются эти задачи.

б в г а a) Рис. 4.4. Формы насадок и схемы истечения жидкости через них

В сжатом сечении струи давление ниже атмосферного. В связи с этим в патрубке происходит дополнительный подсос жидкости из аппарата и увеличивается пропускная способность отверстия. Экспериментально установлено, что коэффициент расхода a _н при использовании насадка равен приблизительно 0,82. Таким образом, цилиндрический насадок может увеличить пропускную способность на 30 % по сравнению с истечением из отверстия. Наряду с этим происходит также некоторое уменьшение скорости истечения. Действительно, при истечении жидкости через отверстие имеем:

j = a / e.

Коэффициент сжатия струи:

e = (0,8× d _о)² / d _о² = 0,64.

Коэффициент скорости j для воды:

j = a / e = 0,62 / 0,64 = 0,97.

При использовании насадка e _н = S _н / S _o= 1,

где S _н – площадь поперечного сечения насадка, S _н = S _о.

Коэффициент расхода a _н при использовании насадка:

a _н = 1,3 × a @ 0,81.

Коэффициент скорости j_н при использовании насадка равен:

j _н = a _н / e _н = 0,81.

Поскольку j _н < j, то скорость истечения жидкости из насадка меньше скорости жидкости, истекающей из отверстия.

Основное назначение цилиндрического насадка – увеличение расхода жидкости, истекающей из отверстия.

Пример 2. Конический сходящийся насадок(рис. 4.4 б).

В нем происходит увеличение скорости струи за счет уменьшения ее диаметра. Струя, выходящая из такого насадка, обладает компактностью и способностью сохранять свою форму на дальних расстояниях, не распадаясь на капли. Поэтому конические насадки применяются в качестве сопел, наконечников, пожарных брандспойтов и т.д. При этом расход жидкости не увеличивается.

Пример 3. Конический расходящийся насадок (рис. 4.4 в).

В этом насадке струя испытывает значительное сжатие, а в патрубке создается значительный вакуум. Конические расходя­щиеся насадки обладают бóльшим всасывающим свойством, чем цилиндрические насадки. Расход жидкости при установке таких насадков увеличивается, скорость же значительно уменьшается (j @ 0,45). Угол конусности должен быть меньше 8°, иначе струя не будет касаться стенок, вакуум в насадке не образуется, и он не будет оказывать влияния на условия истечения жидкости.

Пример 4. Коноидальный насадокустраняет сжатие струи, все потери энергии сводит к минимуму (j @ 0,97). В нем создается большой запас кинетической энергии.

Этот насадок является усовершен­ствованным коническим сходящимся насадком. Поэтому здесь наряду с уменьшением сопротивления насадка и большой скоростью струи увеличивается расход жидкости (рис. 4.4 г).