Истечение жидкости через малые отверстия и насадки. Формула расхода

 

Истечение жидкостей через малое отверстие в тонкой стенке с острой кромкой

Пусть отверстие имеет форму, показанную на рис1.79 а), т. е. выполнено в виде сверления в тонкой стенке без обработки входной кромки или имеет форму, показанную на рис. 1.79, б, т. е. выполнено в толстой стенке, но с заострением входной кромки с внешней сто­роны. Условия истечения жидкости в этих двух случаях будут со­вершенно одинаковыми: частицы жидкости приближаются к отвер­стию из всего прилежащего объема, двигаясь ускоренно по различ­ным плавным траекториям (см. рис. 1.79, а). Струя отрывается от стенки у кромки отверстия и затем несколько сжимается. Цилиндрическую форму струя принимает на расстоянии, равном примерно одному диаметру отверстия. Сжатие струи обусловлено необходи­мостью плавного перехода от различных направлений движения жидкости в резервуаре, в том числе от радиального движения по стенке, к осевому движению в струе.

Так как размер отверстия предполагается малым по сравнению с напором Н₀ и размерами резервуара, и следовательно, его боко­вые стенки и свободная поверхность жидкости не влияют на приток жидкости к отверстию, то наблюдается совершенное сжатие струи, т. е. наибольшее сжатие в отличие от несовершенного сжатия, кото­рое рассмотрено ниже.

Степень сжатия оценивается коэффициентом сжатия с, равным отношению площади сжатого поперечного сечения струи к площади отверстия.

=S_c/S₀=(d_c/d₀)²

Уравн Бернулли для движ жидкости

От свободной поверхности в резервуаре

отсюда скорость истечения

В случае ид жидкости =0, =1 => =1

 

Истечение жидкости через внешний цилиндоический насадок

Внешним цилиндрическим насадком называется короткая трубка длиной, равной нескольким диаметрам без закругления входной кромки (рис. 1.83, а). На практике такой насадок часто получаетсяв тех случаях, когда выполняют сверление в толстой стенке и не обра­батывают входную кромку (рис. 1.83, б). Истечение через такой на­садок в газовую среду может происходить двояко. Схема течения* соответствующая первому режиму, показана на рис. 1.83, а и б. Струя после входа в насадок сжимается примерно так же, как и при истечении через отверстие в тонкой стенке. Затем вследствие взаимо­действия сжатой части струи с окружающей ее завихренной жид­костью, струя постепенно расширяется до размеров отверстия и из насадка выходит полным сечением. Этот режим истечения называют безотрывным.

Сравнение с отверстием в тонкой стенке показывает, что при без­отрывном истечении через цилиндрический насадок (первый режим) расход получается больше, чем при истечении через отверстие из-за отсутствия сжатия струи на выходе из насадка. Скорость же оказы­вается меньше вследствие значительно большего сопротивления.

Таким образом, внешний цилиндрический насадок имеет суще­ственные недостатки: на первом режиме — большое сопротивление и недостаточно высокий коэффициент расхода, а на втором — очень низкий коэффициент расхода. Недостатком является также двойст­венность режима истечения в газовую среду при Н < Hкр, а следо­вательно, двузиачпость расхода при данном Н и возможность кави­тации при истечении под уровень.

Внешний цилиндрический насадок может быть значительно улуч­шен путем закругления входной кромки (или устройства конического входа с углом конусности около 60°. Чем больше радиус закругления, тем выше коэффициент расхода и ниже коэффициент сопротивления. В пределе при радиусе кривизны, равном толщине стенки, цилин­дрический насадок приближается к коноидалыюму насадку, или соплу.

 

Коэффициент сжатия струи.

Коэффициент сжатия струи характеризует степень сжатия струи.

При истечении из отверстия в тонкой стенке криволи­нейные траектории частиц жидкости сохраняют свою форму и за пределами отверстия, т.е. после выхода из отвер­стия сечение струи уменьшается и дос­тигает минимальных значений на рас­стоянии равном (d - диаметр отверстия). Таким образом, в сечении

В - В будет находиться как назы­ваемое сжатое сечение струи жидкости. Отношение площади сечения струи к площади отверстия называется коэффициентом сжатия струи:

где: s - площадь отверстия,

s_сж - площадь сжатого сечения струи, ε - коэффициент сжатия струи.

 

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: