Гидравлический расчет фонтанов

Гидравлический расчет фонтанов сводится к определению расходов воды, высоты фонтанных струй и их траекторий.

Рис. 13 Схема фонтана

При устройстве фонтанов вода из трубопровода через насадку поступает в атмосферу (рис. 13).

В этом случае общий напор Н, без учета местных потерь напора затрачивается на преодоление сопротивления по длине трубопровода и на высоту поднятия струи:

Н = h_дл+h_о,

где Н – общий напор, м;

h_дл – потери напора по длине трубы, м;

h_о – высота струи (скоростной напор), м.

Потери напора по длине трубы определяется по формуле

где L – длина трубопровода, м;

Q - расчетный расход, м³/с;

А – удельное сопротивление трубы (табл. 1).

Таблица 1

Значение удельных сопротивлений А водопроводных труб

мм А	38 41840	50 10340	75 1113	109 268	125 82,4	150 31,4	200 6,86
мм А	250 2,11	300 0,805	400 0,176	450 0,094	500 0,054	600 0,021	700 0,0091

Для труб, бывших в употреблении, значение А умножается на 1,17.

Расход воды фонтанной струи

,

где μ – коэффициент расхода насадки, цилиндрической – 0,82; конической при углах конусности 5^о,13^о,45^о – соответственно 0,92; 0,945; 0,857; для коноидальных – 0,97;

ω_н – площадь поперечного сечения выходного отверстия насадки,м²;

А – удельное сопротивление трубы;

L – длина трубопровода, м.

Скоростной напор у насадки, определяющий высоту струи, равен

.

Вследствие сжатия и сопротивления, оказываемого струе воздухом, фактическая высота струи меньше. Действительную высоту струи вычисляют по формуле Люгера

,

где d_н – диаметр выходного отверстия насадки, мм;

φ – коэффициент.

Насадки, а следовательно, и струи могут быть наклонены к горизонту. Причем, чем больше угол наклона, тем круче будет восхождение L₁ и нисходящие L₂ ветви траектории струи.

Дальность или расстояние действия L наклонной струи будет слагаться из длин проекции L₁ и L₂ т.е. L = L₁ + L₂. Дальность действия зависит от напора у насадки и угла наклона ее к горизонту.

Длину ветвей можно определить по формуле

L₁ = В₁· h_o и L₂ = В₂ · h_o,

где В₁ – коэффициент восходящей ветви струи;

В₂ – коэффициент нисходящей ветви струи.

Высота наклонной струи определяется по формуле

Т = В₃ ·h_o,

где В₃ – коэффициент.

Значение коэффициентов В₁; В₂; В₃ приведены в табл. 2.

Таблица 2

Значение коэффициентов для определения дальности и высоты наклонной фонтанной струи

Коэффи-циент	Значения коэффициента при углах наклона насадки к гор., град.
	10	20	30	40	50	60	70	80
В1	0,455	0,617	0,790	0,827	0,760	0,596	0,391	0,183
В2	0,342	0,615	0,834	0,919	0,900	0,763	0,546	0,280
В3	0,030	0,113	0,235	0,372	0,489	0,583	0,640	0,663