- •16. Истечение жидкости через отверстия и насадки
- •16.1. Общие сведения
- •16.1. Истечение жидкости через отверстия
- •16.1.1. Отверстие незатопленное
- •Значение величин и при несовершенном сжатии
- •16.2.. Отверстие затопленное
- •16. 3. Истечение жидкости через большие отверстия
- •Значения коэффициентов расхода для больших отверстий
16. Истечение жидкости через отверстия и насадки
16.1. Общие сведения
Истечение жидкости через отверстия и насадки является одной из основных задач гидродинамики. Истечение жидкости из отверстий и насадков (коротких трубок различной формы и сечений) характерно тем, что в этом процессе потенциальная энергия жидкости на очень коротком расстоянии и за очень короткое время превращается в кинетическую энергию струи (или капель в общем случае). При этом происходят какие-то, большие или не очень, потери напора. Подобные режимы течения жидкости возникают при вытекании жидкости из резервуаров, баков, котлов в атмосферу или пространство, заполненное жидкостью. Аналогичные явления происходят при протекании жидкости через малые отверстия и щели в направляющей, контрольной и регулирующей аппаратуре различных гидравлических систем. Задача гидравлического расчета отверстий и насадок состоит в определении скорости истечения и величины пропускаемого ими расхода.
В авиационной технике с истечением жидкости приходится сталкиваться при рассмотрении подачи топлива в камеры сгорания гозотурбинных и жидкостноракетных двигателей. Процесс амортизации при посадке самолета происходит в основном за счет истечения жидкости через малые отверстия.
Отверстия классифицируют в зависимости
1) от размеров:
малое, если диаметр отверстия d 0, 20
т.е. можно пренебречь изменением давления по его площади.
При прохождении жидкости через малое отверстие происходит «смятие» струи. На немецком языке «смятие» - «drosseln». Поэтому в технике истечение через малое отверстие называют дросселированием. Гидравлический аппарат, предназначенный для дросселирования, называется дросселем, а отверстие в этом гидроаппарате называется проходным сечением
среднее, если d, т.е давление в пределах живого сечения различаются незначительно;
большое, если d , т.е. давления в пределах живого сечения существенно различаются. В связи с этим скорости в разных точках различны.
2) от толщины стенок:
в тонкой стенке, если ее толщина σ 0,5 d;
в толстой стенке, если ее толщина σ > 0,5 d;
3) от условий сжатия струи:
с совершенным и несовершенным сжатием;
с полным и неполным сжатием;
4) от истечения жидкости в ту или иную среду:
незатопленное при истечении в атмосферу;
затопленное при истечении в жидкость.
Насадками называются небольшие по длине трубы l = (38)d , присоединенные к отверстиям в тонкой стенке.
В истечении через отверстия и насадки есть много общего. Скорость истечения и вытекающий расход рассчитываются по общим формулам, выведенным на основе уравнения Бернулли. Общими являются также гидравлические характеристики: коэффициенты расхода, скорости, сжатия, сопротивления.
Вытекающая из отверстия струя испытывает на выходе сжатие.
4 b
5
m
1 a
m3b
2 n
n 3
Рис. 16.1. 1.
Сжатие называется неполным (рис. 16.1.1, отверстия 3, 4, 5), если при подходе к отверстию поток с одной или нескольких сторон не испытывает сжатия.
Сжатие называется полным совершенным, когда n
(рис. 16.1.1., отверстие 1), если расстояние от любой стороны контура до свободной поверхности жидкости или края стенки, в которой расположено отверстие, не будет меньше утроенного поперечного размера отверстия.
Если условие не соблюдается, т. е. nи m(рис. 16.1.1., отверстие 2), то сжатие будет несовершенным.
Коэффициентом сжатия струи ε называется отношение площади сжатого сечения струи ωс к площади отверстия ω
ε =