Основные положения теории истечения

Строительный институт

Кафедра гидравлики

 

 

Методические указания

по выполнению лабораторной работы № 6:

«Истечение жидкости через отверстия и насадки»

по дисциплине: ГИДРАВЛИКА

 

для студентов Строительного института (всех специальностей),  Механико-машиностроительного института (специальностей «Наземные транспортно-технологические комплексы», «Технология машиностроения»), студентов ИВТБ специальности «Пожарная безопасность

 

Выполнил:

студент группы ММ-310001                                                   ……………….

Проверил: 

преподаватель                                                                          Плешков С.Ю.

 

Подготовлено кафедрой гидравлики

Ó Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», 2014

Екатеринбург

2014

Лабораторная работа № 6

ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ И НАСАДКИ

Основные положения теории истечения

Истечение жидкости из малого отверстия (рис.1,а) характеризуется следующими особенностями: струя жидкости на выходе из отверстия сужается, оставаясь сплошной и однородной, а затем происходит изменение формы ее поперечного сечения так называемая инверсия струи. Подобное явление происходит благодаря тому, что скорости подхода к отверстию оказываются неодинаковыми для различных участков периметра отверстия; а так же силы инерции движущейся жидкости и силы поверхностного натяжения. Максимальное сжатие происходит на расстоянии приблизительно равном 0,5× d, где d - диаметр отверстия.

Отношение площади сжатого сечения струи w _c к площади отверстия w _o называется коэффициентом сжатия e.

Применив уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 (рис. 1) можно получить формулу для расчета скорости истечения V:

                                              (1)

где j - коэффициент скорости, равный отношению действительной скорости к скорости идеальной жидкости при том же напоре;

H – напор истечения,

g – ускорение свободного падения (рис.4).

Коэффициент скорости в работе определяется по траектории струи: (2)

где x и y - координаты произвольной точки струи.

Расход жидкости при истечении определяется по формуле:   (3)

где  является коэффициентом расхода, характеризующим пропускную способность отверстия или насадка. Он равен отношению действительного расхода к расходу идеальной жидкости при том же напоре.

                                                     

 

 

1 – бак; 2 – жидкостный U-образный вакуумметр; 3 – вентиль;

4 – круглое отверстие; 5 – квадратное отверстие;

6 – насадок; 7 – зажим; 8 – бак с подкрашенной жидкостью.

 

Уменьшение действительного расхода жидкости при истечении по сравнению с расчетным вызвано наличием гидравлического сопротивления отверстия или насадка. Величина коэффициента гидравлического сопротивления x может быть найдена по формуле

(4) где j - коэффициент скорости, определённый по формуле (2).

Значения коэффициентов истечения через малое отверстие в тонкой стенке могут быть приняты в следующих пределах: e ₀=0,64; j ₀ = 0,94¸0,96; m ₀=0,61¸0,62. Эти величины могут служить ориентиром при определении опытных значений коэффициентов истечения.

Насадком называется весьма короткая напорная труба (короткий патрубок для напоров менее 4-х метров его длина l_H ), присоединяемый к баку с целью увеличения расхода. При гидравлическом расчете потерями напора по длине насадка можно пренебречь.

Различают следующие основные типы насадков (рис. 3): внешний цилиндрический насадок (А); внутренний цилиндрический насадок (B); конические насадки: сходящиеся (C) и расходящиеся (D); так называемый коноидальный насадок (E), то есть насадок, имеющий форму струи жидкости, вытекающей из отверстия в тонкой стенке.

 

 

В работе испытывается внешний цилиндрический насадок (рис. 1,б). Истечение жидкости через такой насадок имеет ряд особенностей. При входе жидкости в насадок, вследствие сжатия струи, образуется область пониженного давления, так называемая вакуумная полость. Кроме того, струя выходит из насадка полным сечением (коэффициент сжатия струи на выходе из насадка равен единице), поэтому для насадка m _н = j _н и расход по сравнению с отверстием возрастает.

Измерив по вакуумметру (рис. 2) величину вакуума на входе в насадок , можно рассчитать степень сжатия струи внутри насадка:

           (5)

Здесь z _ВХ ‑ коэффициент сопротивления входа (принимаем равным z _ВХ = 0,05);

V ‑ средняя скорость истечения через насадок, вычисляемая по формуле (1)  с учётом коэффициента скорости j _н.

Н – напор истечения.

h_{CCl 4}   ‑ вакуум в насадке (показания U-образного вакуумметра 2 (рис. 2)).

r _{CCl 4}  ‑ плотность четырёххлористого углерода.

r _{H 2 O} – плотность воды.

Расход через насадок вычисляется по формуле (3) с учетом коэффициента расхода насадка m _н = j _н.

Цель работы

1. Произвести наблюдение за особенностями истечения жидкости через круглое отверстие с острой кромкой и внешний цилиндрический насадок, а также за инверсией струи в квадратном отверстии.
2. Определить опытное значение коэффициентов скорости, расхода и гидравлического сопротивления для отверстия и насадка.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: