18.2. Истечение жидкости через внутренние цилиндрические насадки

Цилиндрический насадок, находящийся внутри резервуара, называется внутренним насадком (см. рис. 18). На входе в такой насадок поток (струя) претерпевает большее сжатие, чем это имеет место во внешнем насадке. Причиной этого является обтекание потоком входного отверстия насадка с относительно малой толщиной по кромке δ. Сопротивления на входе, связанные с деформацией потока, зависят от относительной толщины передней кромки насадка .

Установлено, если l , то истечение происходит аналогично истечению из малого отверстия, т.е. струя, отрываясь от кромок, не касается стенок насадка. При Re 10⁴ получены следующие значения коэффициентов: коэффициент скорости φ_н = 0,98; коэффициент расхода μ_н = 0,5; коэффициент сжатия ε = 0,51. Значения коэффициентов μ, ε значительно меньше, чем для отверстия в тонкой стенке.

В случае увеличения длины насадка (l ) внутренний насадок работает, как правило, полным сечением; при Re 10⁴ имеем μ_н = φ_н = 0,71; ε = 1.

18.3. Истечение жидкости через нецилиндрические насадки

Конические насадки. К коническим насадкам относятся сходящиеся и расходящиеся насадки (рис. 18.3.1.). Сходящийся насадок имеет форму усеченного конуса, образующие которого направлены к выходному отверстию. В таких насадках деформация потока достаточно мала, водоворотная вихревая область незначительна и потери напора существенно меньше, чем у цилиндрического насадка.

Рис. 18.3.1. Конические насадки: а - сходящийся (сужающий); б - расходящийся

Опытами установлено, что коэффициент расхода для конических насадок достигает максимальных значений μ_н =0,94 0,95 при угле конусности β =12- 14, а коэффициент сжатия на выходе ε0,99. Увеличение угла β приводит к уменьшению μ_н и увеличению сжатия струи на выходе. Для квадратных и прямоугольных форм сечения насадок угол конусности принимается β 26, при этом коэффициент расхода μ_н =0,92 0,93.

Применение сужающих насадок позволяет получить компактную струю с достаточно большой скоростью истечения. Насадки такого типа применяются в различных струйных аппаратах, гидромониторах, пожарных наконечниках и т.д.

У расходящихся насадок происходит расширение сечения под углом конусности β. В таком насадке наблюдается достаточно большой отрыв потока от входных кромок, в результате водоворотная область увеличивается и, следовательно, площадь сжатого сечения уменьшается.

Вакуумметрический напор в сжатом сечении становится несколько больше, чем у внешнего цилиндрического насадка, с увеличением угла конусности β.

Диаметр выходного отверстия насадка при диаметре входного d

D = d + 2ltg .

Увеличение размеров насадка, т.е. l , D, в результате возрастания площади выходного отверстия обусловливает уменьшение коэффициента расхода μ_н.

Угол конусности рекомендуется устанавливать β =10- 12 .

Опытами установлено, что при угле β 8 и l = 9d значения μ_н = φ_н = 0,45.

Расход, проходящий в насадке, определяется по следующей формуле:

Q = μ_y ω₀ ,

где ω₀ - площадь выходного отверстия.

При сравнении внешнего цилиндрического и расходящегося насадков при одинаковых входных отверстиях расход последнего будет существенно большим.

Расходящиеся насадки используются в пожарной технике для распыления с помощью пенных огнетушителей, при увлажнении почв, в водоструйных насосах, гидроэлеваторах, в городских и парковых фонтанах для создания струи разных видов и форм и т.п.

Коноидальный насадка представляет собой улучшенный тип сходящегося насадка, у которого форма входного отверстия имеет плавное очертание. Плавное входное отверстие не вызывает отрыва потока от стенок, практически устраняет сжатие струи внутри насадка, в результате этого потери напора сводятся к минимуму (рис. 18.3.2.). Значения коэффициентов μ_н и φ_н зависят от формы скругления, шероховатости внутренней поверхности насадка. Обычно μ_н = φ_н и в расчетах принимаются равными 0,95 0,98.

Рис. 18.3.2. Насадки с плавным входом: а - сходящийся; б - расходящийся