Витікання рідини через патрубки і насадки.

В залежності від гідравлічних розрахунків труби поділяють на дуже короткі, короткі і довгі:

Дуже короткі труби (патрубки), це такі, в яких втрати напору на тертя по довжині незначні порівняно з місцевими втратами;

Короткими називають труби, в яких втрати на тертя по довжині на тертя пропорційні місцевим втратам;

Довгі труби (трубопроводи), це такі, в яких сумарні місцеві втрати малі порівняно з втратами на тертя по довжині.

Насадки це приєднані до отвору короткі патрубки, довжиною , які дозволяють суттєво змінювати швидкість і витрати при витіканні через них рідини.

Насадки бувають зовнішніми, (а – у вертикальній, б- у похилій стінці), внутрішні (в), конічнозбіжні (г), конічнорозбіжні (е), та коноїдальні (д).

Характер роботи насадок, як і отворів, залежить від ступеня стиснення потоку, що підходить до нього і умов витікання рідини (при постійному чи змінному напорі, вільному витіканні чи під рівень рідини тощо).

Циліндричний зовнішній насадок.

Коли витікання з насадка відбувається при постійному напорі, то, як і у випадках витікання з малих отворів, запишемо рівняння Бернуллі для перерізу на вільній поверхні рідини в ємності І-І і бепосередньо біля виходу з насадка ІІ-ІІ. За порівняльну площину О-О, яка проходить через центр тяжіння перерізу ІІ-ІІ.

(6.22)

Коли тск на вільній поверхні дорівнює атмосферному і витікання з насадку, вільне, в атмосферу, то . Враховуючи, що , втрати напору між розрахунковими перерізами І-ІІ становитимуть:

, і , рівняння (6.22) набуває вигляду:

.

Тобто отримані рівняння аналогічні рівнянням при витіканні з отворів.

через малі отвори у тонкій стінці. Вони відрізняються від останніх тільки цифровими значеннями коефіцієнтів і .

Стиснення струменя на виході не відбувається, тому, що він витікає повним перерізом насадка, при цьому коефіцієнт стиснення . Як наслідок , або , і для зовнішнього циліндричного насадка дорівнює 0,82. При цьому коефіцієнт опору насадка складе:

Таким чином втрати у насадках будуть більші, ніж в отворах і тому майже всі насадки мають менший коефіцієнт швидкості на:

При цьому коефіцієнт витрат у насадка більший відповідного значення отвору у тонкій стінці на 32,3%

Це пояснюється тим, що площа перерізу струменя, що витікає з отвору насадка, більша за площу струменя з отвору в тонкій стінці на 56,3%, а також наявністю вакууму при виході у насадок, який збільшує діючий напір рідини, що виходить із насадка повним його перерізом.

Вакуум у насадках.

Для визначення вакууму в зоні стиснення струменя складемо рівняння Бернуллі для перерізів, що проходять через характерні області

насадка. Переріз І-І збігається із стисненою областю струменя на вході в насадок, а переріз ІІ-ІІ – із зовнішньою кромкою насадка при виході з нього струменя. Для розрахункових перерізів порівняльна площина О-О проходить через їх центри тяжіння.

де Втрати напору при раптовому розширенні струменя обчислюємо за формулою Борда:

Врахувавши проведений аналіз рівняння Бернуллі, останнє набуває вигляду:

чи у іншому вигляді:

Отриманий вираз перетворюється у інший вигляд:

Врахувавши коефіцієнт швидкості при витіканні з насадка , та коефіцієнт стиснення струменя при вході в насадок знаходимо:

тобто

Знак «-» вказує на те, що , тобто у вхідному перерізі насадка тиск буде меншим за атмосферний. Це означає. що вакуум на вході насадка визначається наявним напором над центром отвору насадка:

а значить

При умові, що атмосферний тиск густина води приймається , та прискоренню , абсолютний вакуум виникає при:

Тобто при створенні напору Н = 13,23 м , у початковій ділянці насадка має виникнути абсолютний вакуум. На практиці ж, абсолютного вакууму не досягають, тому що із збільшенням вакууму у початковому перерізі насадка відбувається прорив зовнішнього повітря і вакуум зривається. Характер витікання у цьому разі стає подібним до витікання з отвору у тонкій стінці.