61.Типы насадок, их применение.

а - внешний цилиндрический (Вентури); б - внутренний цилиндрический (Борда); в - конически рас­ходящийся, г - конически-сходящийся; д - коноидально-расходящийся, е – коноидальный.

Цилиндрические насадки встречаются в виде деталей гидравлических систем машин и сооружений. Явления, происходящие во внутреннем и внешнем цилиндрическом насадке (насадке Борда), аналогичны. Условия входа жидкости в нем несколько хуже вследствие большего изгиба линий тока, поэтому коэффициент расхода внутреннего насадка несколько меньше, чем внешнего. Конические сходящиеся и коноидальные насадки применяют для увеличения скорости и дальности полета струи воды (пожарные брандспойты, стволы гидромониторов, форсунки, сопла и др.). Конически сходящиеся насадки используют для увеличения скорости выхода жидкости, т.е. создания струй, обладающих большой удельной кинетической энергией. Струи, выходящие из таких насадков, отличаются компактностью и способностью на длительном расстоянии сохранять свою форму, не распадаясь на отдельные капли. Коэффициент расхода насадка зависит от угла конусности и достигает своего максимального значения при угле 13°24', так как в этом случае площадь сжатого сечения оказывается равной площади выходного сечения. При дальнейшем увеличении угла конусности затрачивается энергия на сжатие струи при выходе из насадка и в связи с этим уменьшается коэффициент расхода. Коноидальный насадок представляет собой усовершенствованный сходящийся насадок. Он выполняется по форме струи жидкости, вытекающей из отверстия, что устраняет сжатие струи и сводит до минимума потери напора. Конические расходящиеся насадки применяют для уменьшения скорости и увеличения расхода жидкости и давления на выходе во всасывающих трубах турбин и др. В конически расходящихся насадках в области сжатого сечения создается вакуум, как и в цилиндрических насадках, но большей величины. При этом величина вакуума возрастает с ростом угла конусности. При большом угле конусности возможен отрыв струи от стенок насадка и, следовательно, срыв вакуума. Опытом установлено, что оптимальный угол конусности составляет 5-7°. Конически расходящиеся насадки из-за расширения потока отличаются от всех других насадков значительными потерями напора. Расходящиеся насадки имеют малые скорости выхода вследствие увеличения площади поперечного сечения потока. В эжекторах и инжекторах также имеются конические насадки, как основной рабочий орган. Водопропускные трубы под насыпями дорог (с точки зрения гидравлики) также представляют собой насадки.

62.Схема свободной затопленной струи, ее расчет.

Струей называется поток жидкости, не ограниченный жесткими стенками. Если струя движется в среде, обладающей теми же свойствами, что и сама струя (например, воздушная струя в воздухе), она на­зывается затопленной. Затопленная струя может быть свободной или несвободной в зависимости от того, вытекает ли она в практически без­граничное пространство или в пространство, ограниченное жесткими стенками. Свободная затопленная струя, вытекает из круглого затопленного отверстия или плоской щели. Внешний вид струи хорошо наблюдается в виде клубов дыма, выходящих из трубы в безветренную погоду. Будем считать ж. несжимаемой, а режим течения - турбулентным. Благодаря турбулентному перемешиванию

движущихся частиц воздуха с окружающей средой, струя постепенно расширяется, а ее скорость уменьшается; при этом в процессе турбулентного обмена струя захватывает большую массу воздуха и ее расход возрастает. Движение свободной затопленной струи, в отличие от случая расширяющейся трубы (диффузора), происходит при постоянном давле­нии, равном давлению окружающей среды. Это означает, что импульс внешних сил на границах струи равен нулю, а секундное количество движения остается неизменным. Различают два участка струи: начальный и основной. По оси начального участка скорость неизменна и равна начальной скорости υ₀, по оси основного участка она непрерывно уменьшается вдоль движения. Зона постоянных скоростей на начальном участке образует ядро струи. Область возле ядра, где продольные составляющие определенных скоростей и уменьшаются от значений υ₀ до 0, образует пограничный слой. Эпюры скоростей на начальном участке имеют форму трапеции. Длина начального участка l₀ невелика. Основной участок струи - это область, где с

внутренней стороны пограничный слой смыкается и осевая скорость υ_0max уменьшается вдоль оси. Граница струи образуется внешней стороной пограничного слоя. Точнее, можно сказать, что под внешней границей струи понимается поверхность, во всех точках которой продольная составляющая скоро­сти υ_х, пренебрежимо мала. При этом поперечная пульсация υ_у достаточно велика, так как за ее счет происходит увеличение массы и расширение струи. Угол расширения струи согласно указанной условной границы составляет примерно 12° на одну сторону. Другими словами, закономерность распределения скоростей и, в частности, эпюры продольных осредненных скоростей имеют одинаковый характер для всех сечений основного участка струи. Пучок прямых в области основного участка струи, исходящих из центра 0, называется полюсом струи. Таким образом, ширина струи увеличивается по длине по линейному закону.

Вследствие универсальности закона распределения скоростей выражение для круглой струи:

Таким образом, осевая скорость основного участка струи изменяется обратно пропорционально расстоянию от полюса.

Если температура струи и окружающей среды одинакова, струя называется изотермической. Такие струи и рассматривались выше. Одна­ко, когда в вентилируемое помещение подается нагретый или охлаж­денный воздух, мы сталкиваемся с распределением поля температур и его влиянием на саму струю. Условием, определяющим неизотермичность струи, служит критерий Архимеда Аr, характеризующий соотношение между силами инерции и выталкивающими силами, которые проявляются вследствие разности плотности самой струи и окружающей среды. Исследованиями установлено, что при Аr< 0,001 влияние архимедовых сил совсем мало и кинематика такой струи практически не отличается от изотермической, поэтому такая струя и называется слабонеизатермической. Подобие поля температур, как и распределение концентрации примесей, тут обусловлено аналогией выражений для коэффициентов турбулентного обмена, теплопроводности и диффузии:

В неизотермич6ских струях возникают дополнительные гравитационные силы, которые искривляют струю вверх (нагрета) или вниз (охлаждена).