Истечение через насадки

Насадками называются короткие трубки, монтируемые, как правило, с внешней стороны резервуара таким образом, чтобы внутренний канал насадка полностью соответствовал размеру отверстия в тонкой стенке. Наличие такой направляющей трубки приводит к увеличению расхода жидкости при прочих равных условиях – следствие эффекта подсасывания, возникающего из-за дополнительного разрежения в отрывной зоне (затемненный участок на рис. 4.5).

Рис. 4.5. Схема истечения из насадка

По месту расположения насадки принято делить на внешние и внутренние. Внешние насадки более технологичны, что придает им преимущество. По форме исполнения насадки подразделяются на цилиндрические и конические, а по форме входа в насадок выделяют еще коноидальные насадки, вход жидкости в которые выполнен по форме струи.

1. Внешний цилиндрический насадок. Пусть истечение из насадка происходит во внешнюю среду с давлением . Тогда в зависимости от величины напора могут реализоваться два различных режима истечения.

а) Первый (безотрывный) режим – при , где – давление насыщенных паров истекающей жидкости. В этом режиме сечение выходящей струи и сечение отверстия одинаковы, а это значит, что коэффициент сжатия струи ₁. Скорость истечения

. (4.6)

Отсюда при получаем 0.82. В общем случае

. (4.7)

Сравнивая коэффициенты расхода и скорости для насадка и отверстия в тонкой стенке, устанавливаем, что в безотрывном режиме насадок увеличивает расход и уменьшает скорость истечения.

б) Второй режим – при . В этом режиме, наоборот, расход падает (из-за сжатия струи), а скорость растет. Истечение становится точно таким же, как и из отверстия в тонкой стенке, с теми же значениями коэффициентов

2. Сходящиеся насадки. Если придать насадку форму конуса, сходящегося по направлению к его выходному отверстию, то такой насадок будет относиться к группе сходящихся конических насадков (рис. 4.6, а). Такие насадки характеризуются углом конусности . От величины этого угла зависят все характеристики насадков. Как коэффициент скорости, так и коэффициент расхода увеличиваются с увеличением угла конусности, при 13° достигается максимальное значение 0.94.

а б

Рис. 4.6. Насадки сходящиеся и расходящиеся (а), коноидальные (б)

При дальнейшем увеличении насадок начинает работать как отверстие в тонкой стенке, при этом продолжает увеличиваться, а начинает убывать. Область применения сходящихся насадков связана с теми случаями, когда необходимо иметь большую выходную скорость струи жидкости при значительном напоре (сопла турбин, гидромониторы, брандспойты).

3. Расходящиеся насадки. Вакуум в сжатом сечении расходящихся насадков (рис. 4.6, а) больше, чем у цилиндрических насадков, и увеличивается с возрастанием угла конусности, что повышает расход жидкости. Но с увеличением угла конусности расходящихся насадков возрастает опасность отрыва струи от стенок насадков. Потери энергии в расходящемся насадке больше, чем в насадках других типов. Область применения расходящихся насадков охватывает те случаи, где требуется большая пропускная способность при малых выходных скоростях жидкости (водоструйные насосы, эжекторы, гидроэлеваторы и др.)

4. Коноидальные насадки (сопла). В коноидальных насадках (рис. 4.6, б) вход в насадки выполнен по профилю входящей струи. Это обеспечивает уменьшение потерь напора до минимума. Так, значение коэффициентов и коноидальных цилиндрических насадков достигает 0.97…0.99.