7.2. Истечение жидкости через насадки

Насадками называются короткие патрубки длиной l = (3…4)d, присоединенные к отверстию диаметром d.

Они выполняются как внешними, так и внутренними. В зависимости от конструкции различают следующие типы насадок (рис.7.2).

Рис.7.2

Конические сходящийся и коноидальный насадки еще называют соплами.

Рассмотрим особенности истечения через насадки на примере внешнего цилиндрического насадка (рис.7.3).

Рис.7.3

При движении жидкости внутри насадка образуется сжатое сечение, в области которого наблюдается вакуум. Образование вакуума объясняется тем, что скорости в сжатом сечении С-С больше скоростей в месте выхода струи из насадка (сечение В-В), а потому давление в сжатом сечении будет меньше атмосферного. Это непосредственно следует из уравнения Бернулли. Так как

V_c>V_в, то Р_с<Р_ат.,

где V_с – скорость в сжатом сечении С-С; V_в – скорость в месте выхода из насадка; Р_с – давление в сжатом сечении; Р_ат – атмосферное давление в сечении В-В.

В связи с образованием вакуума насадок увеличивает пропускную способность отверстия.

Так как в области выхода потока насадок работает полным сечением, то коэффициент сжатия ε = 1. Поэтому коэффициент расхода равен коэффициенту скорости, т.е. μ = φ.

При увеличении напора перед насадком скорость в сжатом сечении увеличивается, а абсолютное давление уменьшается. При достижении его величины парообразования жидкость вскипает. Возникает явление кавитации, происходит срыв вакуума и наступает предел нормальной работы насадка. Он начинает работать как отверстие.

Для того чтобы оценить применение насадков и отверстий в различных технических устройствах, в таблице приведены некоторые их характеристики.

Форма отверстий и насадков	Коэффициент		Удельная энергия, уносимая потоком	Мощность, уносимая потоком, в долях от теоретической
	скорости φ	расхода μ
Круглое отверстие в тонкой стенке	0,970	0,625	0,941 Н	0,588
Внешний цилиндрический насадок	0,820	0,820	0,672 Н	0,551
Конический сходящийся насадок с углом 13о24’	0,963	0,946	0,927 Н	0,877
Коноидальный насадок	0,980	0,980	0,960 Н	0,941
Конический расходящийся насадок с углом 5о	0,475	0,475	0,226 Н	0,107

В том случае, когда мощность, уносимая потоком, должна иметь максимально возможное значение (сопла активных гидравлических турбин, гидромониторов, пожарных рукавов и т.п. устройств), применяют конические сходящиеся и коноидальные насадки. А, например, конические расходящиеся насадки имеют наименьшее значение мощности. Поэтому они получили широкое распространение как «отсасывающие трубы» реактивных гидравлических турбин и в других случаях, где требуется свести до минимума энергию в отходящем потоке.

8. Гидравлическое моделирование

8.1. Сущность моделирования

Моделированием называется исследование явлений на моделях. Сущность моделирования заключается в том, что на модели меньшего, а иногда и большего масштаба создается гидравлическое явление, подобно явлению, которое имеет место или должно возникнуть в натуре, что и позволяет изучить это явление. Основной задачей теории моделирования является выявление условий, обеспечивающих подобное явление. Явления называются подобными, если по известным характеристикам одного явления можно получить простым пересчетом аналогичные характеристики другого явления.

Одним из достоинств метода моделирования является возможность обобщения результатов единичного опыта на целый класс явлений. Этот метод, например, позволит результаты исследований движения воды обобщить на случай движения воздуха, масла и т.п., или наоборот. Даже больше, он позволяет распространить результаты исследования явления одного класса на явления другого, но описываемые одинаковыми математическими уравнениями. Метод моделирования обеспечивает наиболее рациональную организацию исследования, значительно сокращая тем самым объем экспериментальных работ, значит, и затраты средств, особенно, если исследования происходят на моделях, меньших натуры.

Научной базой моделирования является теория гидродинамического подобия, переплетающаяся теорией размерностей.