58.Особенности гидравлического расчета истечения жидкости через большие отверстия.

Если при истечении жидкости через малое отверстие можно было принимать, что напор Н в пределах отверстия постоянен, то в случае больших отверстий напор в пределах их сечений изменяется от Н₁ в верхней части отверстия до Н₂ в нижней. Для определения расхода жидкости через большое отверстие с учетом переменного напора по глубине разбивают площадь поперечного сечения отверстия на полоски высотой dН. Каждую из полосок рассматривают как малое отверстие с постоянным напором Н и расходом

где b - ширина большого отверстия прямоугольного сечения; μ₀ - коэффициент расхода малого отверстия; Н - напор для малого отверстия.

Принимая μ₀ = const, получают расход жидкости, проходящей через большое отверстие:

где Н₁ и Н₂ - пределы интегрирования.

Опуская ряд преобразований, окончательная формула расхода жидкости при истечении через большое отверстие примет такой вид:

где Н_с - превышение горизонта воды в сосуде над центром тяжести большого отверстия; μ₀ - коэффициент расхода большого отверстия

(при турбулентном режиме μ₀ = 0,76...0,61). Большие значения μ₀ относятся к отверстиям с плавными боковыми и донными подходами к ним.

59.Чем отличается насадок от трубопровода.

Насадками называют короткие трубы, имеющие различные формы живого сечения и постоянные или меняющиеся размеры основного ка­нала по длине. Длину насадков обычно принимают равной трем-пяти характерным размерам живого сечения. Насадки применяют для измерения расхода жидкости, организации направленного слива, создания струй фонтанных, пожарных, гидромониторных и др. Воздействием струй воды приводят во вращение колеса ковшовых гидротурбин, струями высокого давления разрушают твердые горные породы, режут металлы и т.д.

Поток жидкости, поступающий в насадок, в большинстве случаев отрывается от стенки насадка у входа, сужается, расширяется и вновь касается стенки у выхода. Область отрыва заполнена завихренной массой жидкости. В этой области создается пониженное давление, что увеличивает действующий напор, и поэтому коэффициент расхода насадков выше, чем отверстий. Скорость истечения из насадка меньше, чем из отверстия.

60.Причины изменения расхода и скорости при истечении жидкости через насадки по сравнению с истечением через отверстие.

Насадок с хорошо закругленными краями (мерное сопло) - наиболее распространенная форма насадка, применяемого для определения расхода жидкости. Фланец насадка заподлицо с днищем устанавливают в мерную емкость. Это мерное устройство называют данаидой. Радиус закругления в насадках принимают равным R = (3...4)d; протяженность цилиндрической части составляет l = 0,25d. Такое очертание насадка обеспечивает выход струи без сжатия, т.е. ε = 1. Следовательно, коэффициент расхода насадка μ_н=φε= 0,97...0,98. Коэффициент расхода калиброванного насадка, изготавливаемого из металла, не подвергающегося коррозии, вполне стабилен.

Расход жидкости при помощи данаиды определяют по формуле:

Рассмотрим внешний цилиндрический насадок - насадок Вентури. Напишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 (уровень свободной поверхности) и В-В (область выхода потока из насадка). Плоскость сравнения О-О проходит по оси н асадка.

Принимая α₁=α_в=1, имеем:

или:

где

- полный напор или полная удельная энергия в сечении 1-1.

υ_в – средняя скорость в выходном сечении насадка В-В.

Σζ - суммарный коэффициент сопротивления, учитывающий все потери напора, которые возникают при движении жидкости через наса­док:

- потерю напора от сечения 1-1 до сжатого сечения С-С, учитываемую

коэффициентом сопротивления при внезапном сужении потока ζ_с;

- потерю напора при внезапном расширении потока между сечением

С-С и той областью, где насадок будет работать полным сечением ζ_Р;

- потерю напора по длине насадка между сечениями С-С и В-В ζ_Р:

Скорость потока при выходе из насадка:

Расход ж., проходящей через цилиндрический насадок:

Так как в области выхода потока насадок работает полным сечением, то коэффициент сжатия ε = 1 . Поэтому коэффициент расхода жид­кости через насадок равен коэффициенту скорости: μ_н =φ . Увеличение длины патрубка приводит к воз­растанию ζ_д и, соответственно, к уменьшению коэффициента расхода насадка. Поэтому для цилиндрических насадков обычно принимают длину l = (3...4)d при которой насадок еще работает полным сечением с образованием вакуума, причем величиной ζ_д пренебрегают. В случае меньшей длины насадка струя не успевает расширяться до полного ее сечения и истечение будет происходить как из отверстия в тонкой стенке.

Для внешнего цилиндрического насадка величина вакуума в сечении С-С:

При вакууме более 8,0 м вод. ст. начинается засасывание воздуха в насадок через выходное сечение, происходит срыв вакуума, насадок начинает работать или как простое отверстие, или как насадок с пониженной пропускной способностью (при частичном отрыве струи от стенки). Поэтому напор, при котором насадок работает, не должен превышать предельного значения, определяемого следующим соотношением:

Увеличение пропускной способности насадка в сравнении с отверстием происходит за счет образования вакуума в сжатом сечении. Расход жидкости, проходящей через насадок: