4.2 Истечение жидкости через насадки

Короткие трубки длиной 3-4 см, приставленные к отверстиям, назы­ваются насадками (рисунок 6.1). Внешним цилиндрическим насадком называется короткая трубка, длиной равной 2-6 диаметрам без закругления входной кромки. На практике такой насадок часто получается в тех случаях, когда выполняют сверление в толстой стенке и не обрабатывают входную кромку.

Рисунок 6.1 - Типы насадков

В зависимости от формы насадки делятся на следующие основные типы:

1 - внешний цилиндрический;

2 - внутренний цилиндрический;

3 - конический сходящийся;

4 - конический расходящийся;

5 – коноидальный.

Струя жидкости, входя в насадок сжимается также, как при истечении из отверстия, а затем расширяется и на выходе заполняет весь насадок. В результате этого в сжатом сечении у стенок насадка образуется область пониженного давлении, а при истечении в атмосферу – вакуум. Этот режим истечения называют безотрывным режимом. Вакуум пропорционален напору

h_вак 0.75H,

где Н – высота столба жидкости перед насадком.

Скорость и расход жидкости при истечении через насадки определяется по тем же формулам, что и для отверстий в тонкой стенке, но применяются другие численные значения.

Расчетным уравнением при истечении жидкости через насадки является

,

где Q – расход насадка;

μ – коэффициент расхода

S – площадь сечения насадка;

H₀ – напор, направленный на скорость подхода;

v_o – скорость подхода (величиной по малости можно пренебречь, тогда Н=Н₀).

Наличие пониженного давления или вакуума в сжатом сечении струи приводит к увеличению напора, обуславливающего увеличение скорости давления жидкости в этом сечении по сравнению с истечением из отверстия в тонкой стенке.

Коэффициент расхода внешнего цилиндрического насадка μ = 0,82, тогда как коэффициент расхода при истечении μ = 0,60 - 0,62, т.е. наличие трубки длиной 3 - 4 диаметров, приставленной к отверстию, вызывают увеличение расхода на 32%. Внешние цилиндрические насадки широко применяют на практике. Насадки такого типа работают как выпуски в плотинах, трубы под насыпью и т.д.

Внутренний цилиндрический насадок. Этот насадок имеет большие сопротивления на входе, чем внешний. Его коэффициент μ = 0,707, а коэффициент сжатия ε = 1.

Конический сходящийся насадок. Коэффициент расхода этого насадка зависит от угла конусности. При этом наибольший коэффициент расхода μ = 0,94 получается при угле конусности Q = 13⁰. Такие насадки дают струю с большими скоростями, поэтому их применяют в качестве сопел турбин, гидро- и брандспойтов.

Конический расходящийся насадок. Этот насадок дает малую выходную скорость, но вызывает большие потери напора. При угле конусности от 5⁰ до 7⁰ коэффициент расхода μ = 0,5, коэффициент сжатии ε = 1. Такую форму насадков используют при устройстве дорожных труб, водовыпусков оросительных систем и т.д.

Коноидальный насадок. Форма внутренней поверхности этого насадка близка к форме струи вытекающей из отверстия, гидравлические сопротивления в нем малы. В связи с этим коэффициент расхода насадка μ = 0,97 - 098.

Таблица 6.1 - Значения коэффициентов расхода μ, скорости φ, сжатия ε и сопротивления ξ отверстий и насадков

Отверстие или насадок	μ	φ	ε	ξ
Малое отверстие круглого сечения в тонкой стенке	0,62	0,97	0,64	0,06
Цилиндрический насадок: внешний внутренний	0,82 0,707	0,82 0,707	1 1	0,5 1
Конический насадок расходящийся (Q=5-70) сходящийся (Q=130)	0,45-0,5 0,94	0,45-0,5 0,96	1 0,98	3 - 4 0,06-0,09
Коноидальный насадок	0,98	0,98	1	0,04