Истечение жидкости через насадки

Истечение жидкости через насадки относится к виду движения жидкости, которое определяется только местными сопротивлениями. 1. Первый режим - безотрывный режим. При истечении струя, после входа в насадок сжимается примерно так же, как и при истечении через отверстие в тонкой стенке. Затем струя постепенно расширяется до размеров отверстия из насадка выходит полным сечением (рис.5.7). Рис. 5.7. Истечение через насадок

Коэффициент расхода μ, зависящий от относительной длины насадка l / d и числа Рейнольдса, определяется по эмпирической формуле:

Так как на выходе из насадка диаметр струи равен диаметру отверстия, то коэффициент сжатия ε = 1 и, следовательно, μ = φ, а коэффициент сопротивления ζ = 0,5.

Если составить уравнение Бернулли для сжатого сечения 1-1 и сечения за насадком 2-2 и преобразовать его, то можно получить падение давления внутри насадка

P₂ - P₁ 0,75 Hg ρ

При некотором критическом напоре Н_кр абсолютное давление внутри насадка (сечение 1-1) становится равным нулю (P₁ = 0), и поэтому

Следовательно, при Н > Н_кр давление P₁ должно было бы стать отрицательным, но так как в жидкостях отрицательных давлений не бывает, то первый режим движения становится невозможным. Поэтому при Н Нкр происходит изменение режима истечения, переход от первого режима ко второму (рис.5.8).

Рис. 5.8. Второй режим истечения через насадок

Второй режим характеризуется тем, что струя после сжатия уже не расширяется, а сохраняет цилиндрическую форму и перемещается внутри насадка, не соприкасаясь с его стенками. Истечение становится точно таким же, как и из отверстия в тонкой стенке, с теми же значениями коэффициентов. Следовательно, при переходе от первого режима ко второму скорость возрастает, а расход уменьшается благодаря сжатию струи.

При истечении через цилиндрический насадок под уровень первый режим истечения не будет отличаться от описанного выше. Но при Н > Н_кр перехода ко второму режиму не происходит, а начинается кавитационный режим.

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 также является возможность кавитации при истечении под уровень.

Внешний цилиндрический насадок может быть значительно улучшен путем закругления входной кромки или устройства конического входа. На рис.5.9 даны различные типы насадков и указаны значения соответствующих коэффициентов.

Рис. 5.9. Истечение жидкости через насадки а - расширяющиеся конические; б - сужающиеся конические; в - коноидальные; г - внутренние цилиндрические

Конически сходящиеся и коноидальные насадки применяют там, где необходимо получить хорошую компактную струю сравнительно большой длины при малых потерях энергии (в напорных брандспойтах, гидромониторах и т.д.). Конически сходящиеся насадки используют для увеличения расхода истечения при малых выходных скоростях.

Коэффициент Кариолиса

Отношение действительной кинетической энергии к средней:

Следовательно, коэффициент Кориолиса является отношением кинетической энергии потока, вычисленной по настоящему распределения скоростей в сечении, к кинетической энергии, определенной по значению средней скорости, он называется коэффициентом кинетической энергии.
Рассмотрим поток, состоящий из двух ручьев, скорости которых соответственно равны: . Действительная кинетическая энергия равна сумме кинетических энергий ручьев:

Средняя скорость: . Тогда, кинетическая энергия потока, вычисленная по средней скорости:

Коэффициент Кориолиса . Как видно, действительная кинетическая энергия больше средней, а коэффициент Кориолиса всегда больше единицы. Чем больше неравномерность распределения скоростей в поперечных сечениях потока, тем коэффициент Кориолиса имеет большее значение. Существует два вида движения жидкости, которые рассмотрим позже, этот ламинарный движение и турбулентный. Для ламинарного потока жидкости в трубах , а для турбулентного - . То есть при турбулентном потоке скорости в сечении распределены более равномерно, чем при ламинарном потоке.