Витікання рідини через насадки
Насадкою називається короткий патрубок довжиною L = (3 5)d (d –
внутрішній отвір насадки), що приєднується до отвору в тонкій стінці.
За формою насадки бувають циліндричні зовнішні (рисунок 6.4, а) та внутрішні (рисунок 6.4, б), конічні звужувальні (рисунок 6.4, в) та розширювальні (рисунок 6.4, г), коноїдальні (рисунок 6.4, д) та інші.
При втіканні рідини через насадки і при вході в них струмінь стискується під дією відцентрових сил, що виникають через криволінійність траєкторії, як при витіканні через отвір у тонкій стінці.
У зоні стиснення струменя утворюється знижений тиск, величина напору якого при витіканні в атмосферу становить приблизно 0,74 Н.
Загальні розрахункові формули швидкості та витрати для насадок такі ж , що і для отворів у тонкій стінці (6.4) та (6.9).
Оскільки для насадок ε = 1,0, то μ = εφ = φ. Коефіцієнти витрат μ для різних видів насадок різні (рисунок 6.4) і визначаються дослідним шляхом.
μ=0,82 μ=0,71 μ=0,95 μ=0,5 μ=0,97
а) б) в) г) д)
Рисунок 6.4 – Види насадок
Насадки спричиняють додаткові опори руху. Однак витрата через насадки, порівняно з отвором у тонкій стінці, при всіх інших однакових даних (d, H) збільшується. Це пояснюється наявністю вакууму в зоні стиснення.
За дослідними даними при наявності вакуумного напору
може
відбутися відрив струменя від внутрішньої
поверхні насадки, і вона працює як отвір у тонкій стінці з коефіцієнтом витрат μ= 0,62. Тому для забезпечення безвідривного витікання через насадку граничні значення напору мають не перевищувати Нтаx ≈ 13м.
Опис дослідної установки
Для демонстрування витікання рідини з отворів та насадок і експериментального визначання коефіцієнтів μ, φ, ε застосовується установка Маріотта (рисунок 6.5).
Установка складається з герметично закритої посудини А, оснащеної водомірним склом С, і п'єзометром П. Трубка а з'єднує порожнину А з атмосферою.
Перед початком досліду посудину Маріотта через трубку б заповнюють водою до умовної позначки на водомірному склі С. Оскільки посудина герметично закрита, то завдяки витіканню рідини з бака А на вільній поверхні води зовнішній тиск буде меншим за атмосферний р0 < ра.
Трубка а, що з'єднує посудину А з атмосферою, створює постійний тиск на рівні I-І, де ра=р0+ρgh.
Витікання рідини при постійному напорі h, а відповідно при усталеному русі води, буде відбуватися до того часу, доки рівень не знизиться до перегину I-І. При подальшому зниженні рівня води в посудині А витікання з неї буде відбуватися при змінному напорі.
У нижній частині бака А є отвір Б, що перекривається рухомою касетою з отворами різної форми та насадками. Рухаючи касету в горизонтальній площині і розташовуючи відповідний отвір навпроти отвору в баку, можна здійснити витікання рідини через отвори в тонкій стінці круглого, трикутного та іншого перегинів, а також через щілини і насадки.