Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Определение коэффициентов истечения жидкости через отверстия и насадки при постоянном напоре

1. Цель работы – экспериментальное определение коэффициентов расхода и скорости при истечении жидкости через малое отверстие и насадки при постоянном напоре.

Общие сведения

При установившемся истечении жидкости из большого резервуара через круглое отверстие, размер которого мал по сравнению с его заглублением (рис. 5.1), уравнение Бернулли для сечений 1 и 2 имеет вид

Рис.5.1 – Схема истечения незатопленной струи

а) через малое отверстие с острой кромкой; б) через внешний цилиндрический канал

Так как , а скоростью ввиду ее малости можно пренебречь, то средняя скорость вытекающей струи

где - глубина расположения центра тяжести сечения струи под уровнем (напор истечения); - безразмерный коэффициент скорости:

Опыт показывает, что при влияние на коэффициенты истечения практически отсутствует (квадратичная зона истечения).

В квадратичной зоне истечения неравномерность профиля скоростей в сжатом сечении незначительна, поэтому можно принять значение

Тогда

Для воды, которая является маловязкой жидкостью, чаще всего истечение через малые отверстия и насадки происходит в квадратичной зоне.

При выходе из отверстия струя до сечения 2-2 сжимается, что обусловлено инерцией частиц жидкости, движущихся при подходе к отверстию по криволинейным траекториям.

Согласно опытам, расстояние от внутренней поверхности стенки сосуда до сжатого сечения составляет

Отношение площади сжатого сечения струи к площади сечения отверстия называется коэффициентом сжатия

Расход жидкости при истечении через отверстие и насадки вычисляют по формуле

где - коэффициент расхода, равный

С другой стороны

Это значит, что коэффициент расхода есть отношение действительного расхода к тому расходу, который имел бы место при отсутствии сжатия струи и сопротивления.

Значения коэффициентов истечения зависят от формы и размеров отверстия, условии подтока жидкости к отверстию и числа Рейнольдса.

При истечении жидкости через насадок любой формы, кроме конусоидального, внутри насадка (в зоне входа) образуется сжатое сечение струи, затем струя расширяется, заполняет весь насадок и на выходе не сжимается, либо сжимается очень мало. При истечении в атмосферу в сжатом сечении насадка образуется вакуум. Схема истечения жидкости через внешний цилиндрический насадок показана на рис. 5.1б.

Значение коэффициентов истечения для малых отверстий в тонкой стенке () и насадок, полученные при совершенном сжатии () в квадратичной зоне, приведены в табл.5.1.

Таблица 5.1- Значения коэффициентов истечения отверстий и насадок в квадратичной зоне

Наименование
Отверстие с острой кромкой (Рис.5.1.а) Внешний цилиндрический насадок Насадок со скругленными входными кромками (по радиусу круга )	0,97 0,82 0,98	0,64 1,0 1,0	0,62 0,82 0,98	0,06 0,5 0,03

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

При свободном истечении струи ее траектория имеет форму параболы. Координаты траектории струи можно получить, допустив, что каждая частица жидкости движется как свободная материальная точка, на которую действует сила тяжести.

Если расположить начало координатных осей и так, как это показано на рис.5.1 и обозначить скорость материальной точки в начале координат через , получим уравнения движения, известные из теоретической механики

где - время, с; - текущие координаты струи, м; - ускорение свободного падения, м/с².

Решая совместно уравнения движения, получим уравнение траектории материальной частицы (уравнение параболы)

Так как то подставив значение скорости жидкости в уравнение траектории, получим значение коэффициента скорости

Пользуясь полученным выражением, можно определить величину коэффициента скорости, если опытным путем определить координаты какой-либо точки траектории струи и .

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 Следующая ⇒