9. Течение жидкости в коротких каналах с дросселированием потока*

Особенностью течения жидкости через короткие каналы, например, отверстия или щели в тонкой стенке (диафрагму), является то, что запас потенциальной энергии жидкости в процессе течения превращается в ос­новном в кинетическую энергию струи. Такой вид течения является одним из наиболее распространенных в гидроаппаратах.

Под тонкой понимают стенку такой толщины, при которой вытекающая струя соприкасается лишь с перед­ней кромкой отверстия и не касается его боковой поверхности (рис. 21).

* Приведенная потеря давления учитывает лишь дополнительное сопротивление, обусловленное кривизной русла, поэтому при расчете трубопроводов, содержащих отводы, следует длины этих отводов включать в общую длину трубопровода, по которой рассчитывается потеря на трение, а затем к этой потере на трение нужно доба­вить дополнительную потерю от кривизны, определяемую ξ_м.

* Дросселирование — протекание жидкости, пара или газа через дроссель — местное гидродинамическое со­противление потоку (сужение трубопровода, вентиль, кран и др.), при котором происходит изменение давления и температуры.

Рис. 21. Схема течения жидкости через отверстие в тонкой стенке (дросселирующую диафрагму)

Опыт показывает, что длина участка, на котором происходит сжатие струи, может быть равна половине диаметра отверстия, следовательно, тонкой можно назвать стенку, толщина которой не больше диаметра отверстия:

Отношение площади сжатого поперечного сечения струи к площади отверстия называют коэффициентом

сжатия ε:

Для приблизительных расчетов коэффициент сжатия струи для случаев течения через круглое отверстие : принимают равным ε = 0,64.

Расход Q жидкости через дросселирующее отверстие, при известном перепаде давлений Δр на нем, опре­сняется по формуле, являющейся одной из основных среди применяемых в технических приложениях при расчетах разнообразных дроссельных устройств:

где μ— коэффициент расхода;

А — площадь отверстия;

— перепад давления на отверстии. Коэффициент расхода равен произведению

где φ — коэффициент скорости, учитывающий разницу теоретической скорости о_т истечения идеальной жидкости при напоре Н и фактической скорости v реальной жидкости:

где

Коэффициент расхода ц для конкретного дросселирующего отверстия обычно принимают по эксперимен­тальным данным, представленным в зависимости от числа Рейнольдса (рис. 22).

Рис. 22. Зависимость коэффициентов расхода дроссельных устройств от числа Рейнольдса

На рис. 22 приведены графики зависимостей μ от Re для круглого отверстия с острой кромкой (кривая 1) и для прямоугольного окна в гильзе гидроаппарата с цилиндрическим золотником, бурты которого имеют ост­рые (кривая 2) и притупленные (кривая 3) кромки. При больших числах Рейнольдса коэффициент расхода от­верстия с острой кромкой достигает значения, равного 0,62, и практически стабилизируется.