3.6 Истечение жидкости через внешний

цилиндрический насадок

Цель работы – проверка опытным путем количественных связей между величинами, характеризующими истечение через насадок, и определение коэффициентов: расхода – μ, скорости – φ, сопротив­ления – ξ, сжатия – ε.

3.6.1. Теоретические основы исследования

Насадками называют короткие трубки, присоединяемые к от­верстиям. Внешний цилиндрический насадок представляет собой цилиндрическую трубку длиной 3 – 7 диаметра отверстия, присоеди­няемую к отверстию в стенке резервуара с внешней стороны.

Если длину патрубка сделать меньше 3d, то струя не будет касаться стенок патрубка; насадка, как такового, не будет. Если длину патрубка сделать больше 7d, то будут увеличиваться гидрав­лические сопротивления, а коэффициент расхода будет умень­шаться – это нецелесообразно.

Вытекающая жидкость, благодаря кривизне струек, при входе в трубу заполняет сечение не сразу, а лишь на некотором расстоянии от отверстия. Воздух, охваченный струей в образовавшейся мертвой зоне, довольно быстро увлекается потоком, и в этой зоне образуется понижен­ное давление (а если истечение происходит в атмосферу, то и вакуум). Наличие пониженного давления в области сжатого сечения струи приво­дит к ускорению движения в сжатом сечении по сравнению со случаем истечения из отверстия в тонкой стенке. Вместе с тем наличие трубки приводит к некоторым потерям энергии как вследствие трения по длине трубки, так и вследствие расширения струи в трубке. Однако при корот­ких трубках фактор подсасывания жидкости в связи с образованием пониженного давления внутри трубки оказывает более сильное влияние на расход, чем дополнительные сопротивления, и поэтому расход через цилиндрический насадок увеличивается.

Средняя скорость струи, вытекающей из цилиндрического на­садка, определяется по формуле

(3.50)

а расход по формуле

(3.51)

где φ – коэффициент скорости;

μ – коэффициент расхода;

Н – напор истечения;

ω – площадь сечения насадка.

В общем случае

(3.52)

где – геометрический напор, то есть превышение уровня в резервуаре над центром тяжести выходного сечения насадка;

– давление над жидкостью в резервуаре;

– давление в газовом пространстве, в которое вытекает

жидкость;

– скорость подхода к насадку в резервуаре.

Для случая истечения из большого резервуара, если давления над жидкостью и во внешней среде равны (например, при истечении из открытого резервуара в атмосферу), то

H₀=H (3.53)

Коэффициент скорости φ определяется по формуле

(3.54)

где – коэффициент сопротивления входа; при турбулентном дви­жении для входа с незакругленными кромками =0,5;

λ – коэффициент трения в насадке;

L – длина насадка;

d – диаметр насадка.

Для обычных лабораторных условий =l и потому φ =0,82.

При работе полным сечением μ = φ = 0,82. Понимание гидравличес­ких явлений, происходящих при течении воды через насадки, помогает изучению работы более сложных водопропускных сооружений.