Общие сведения

Насадками называются короткие патрубки длиной 3 – 4 диаметра входного отверстия.

Различаются цилиндрические, конические и коноидальные насадки, внутренняя поверхность которых выполнена в форме поверхности вытекающей струи.

Цилиндрические насадки делятся на внутренние (насадки Борда) и внешние (насадки Вентури), конические насадки могут быть сходящиеся и расходящиеся (рис. 1, а, в).

Струя при входе в насадок, как и в отверстиях, претерпевает сжатие, далее расширяется и заполняет все сечение насадки. Над сжатым сечением образуется зона с пониженным (ниже атмосферного) давлением жидкости – область вакуумметрического давления. Сопротивление насадка обусловлено сжатием и последующим расширением струи. Коэффициент сопротивления _н является суммой коэффициентов сопротивлений входа ζ_вх и расширения ζ_расш.

С труя жидкости на выходе из насадка заполняет его сечение полностью, то есть коэффициент сжатия насадки ε_н = 1 (рис. 2). Вакуум в сжатом сечении насадка увеличивает действующий напор. При турбулентном движении, когда потери напора по длине малы вследствие короткой длины насадка, а вакуум достигает примерно , пропускная способность внешнего цилиндрического насадка существенно больше (до 33 %) при прочих равных условиях расхода через отверстие. При ламинарном истечении, потери по длине, соизмеримы с местными, вследствие малого сжатия величина вакуума не велика. Поэтому расход через насадок оказывается меньше расхода через отверстие. Записывая уравнение Бернулли для сечений А-А и В-В и считая, что _А = 0, определим скорость истечения через насадок:

где – коэффициент скорости насадка;

_д – действительная, а _т – теоретическая скорость истечения.

Расход Q через насадок определяется как:

.

Так как , то при ε = 1, .

– площадь сечения струи (или отверстия) на выходе из насадка.

Коэффициент скорости может быть определен координатным методом по формуле:

,

где x = _дt – дальность полета струи,

– высота падения струи.

Тогда коэффициент сопротивления насадка . Следует заметить, что практически при одинаковых диаметрах входных отверстий _вх насадков примерно равны. Коэффициент _н, в основном, зависит от _расш = (ω₂ / ω₁ – 1)².

Таким образом, с увеличением ω₂ при постоянном ω₁, (а ω₁, зависит только от Н) ζ_расш увеличивается. Соответственно растет ζ_н и уменьшается φ насадка. То есть у конически расходящихся насадков коэффициент φ и, соответственно, μ меньше, чем хотя бы у цилиндрических с тем же диаметром входного отверстия. Коэффициент расхода μ может быть определен как путем замера действительного расхода Q_д и подсчета теоретического расхода , где ω₀ – площадь выходного отверстия.

Вакуум, образующийся над сжатым сечением струи в насадке оказывает всасывающее воздействие на струю, что ведет к увеличению скорости жидкости в сжатом сечении и к увеличению расхода через насадок в целом. Кроме того, с увеличением выходного отверстия, расход через насадок также увеличивается. Все это обусловливает повышенный расход через конически расходящийся насадок.

П ри больших напорах Н струи истекающей жидкости (через конически расходящиеся и цилиндрические насадки) могут оторваться от стенок (явление срыва струи) за счет того, что давление в зоне сжатия струи (сечение С-С на рис. 2) станет меньше давления парообразования. В этом случае жидкость вскипает, и струя отрывается от стенки. Практически это наступает при значении вакуумметрического давления в зоне сжатия струи 6  7 м вод. ст. Вакуумметрическое давление может быть измерено с помощью вакуумметра по схеме на рис. 3. Опыты показывают что h_вак = 0,75Н.