Истечение через насадки

Насадком называется короткий патрубок, присоединенный к отверстию в тонкой стенке. Длина патрубка , где d – диаметр отверстия.

Насадки делятся на три основных типа: цилиндрические, конические, коноидальные.

Цилиндрические насадки (рис. 8.6) делятся на внешние и внутренние.

Рис. 8.6. Цилиндрические насадки:

а – внешний; б – внутренний

При движении жидкости внутри насадка образуется сжатое сечение с–с, в области которого наблюдается вакуум. Образование вакуума объясняется тем, что скорость в сжатом сечении больше, чем скорость в месте выхода струи из насадка. Как показывает опыт, при применении цилиндрических насадков пропускная способность увеличивается по сравнению с отверстием в тонкой стенке того же диаметра. Увеличение пропускной способности и является основным назначением этих насадков.

Конические насадки (рис. 8.7) бывают двух типов – расходящиеся и сходящиеся.

В конических расходящихся насадках также создается вакуум. При большом угле конусности возможен отрыв потока от стенок и насадок будет работать как обычное отверстие. Конические расходящиеся насадки имеют самые большие потери энергии. Отличительные особенности расходящихся насадков: значительный вакуум, большая пропускная способность, малые скорости выхода. Они применяются там, где требуется значительный вакуум, например в инжекторах, а также там, где требуется малая скорость, например в дождевальных аппаратах.

Рис. 8.7. Конические насадки:

а – расходящийся; б – сходящийся

Основным назначением конических сходящихся насадков является увеличение скорости выхода потока с целью создания большой кинетической энергии в струе. Конические сходящиеся насадки применяются в качестве сопел гидромониторов и активных гидротурбин, наконечников пожарных брандспойтов и в других устройствах.

Коноидальные насадки представляют собой усовершенствованные конически сходящиеся насадки (рис. 8.8). Они выполняются по форме струи, выходящей из отверстия, и поэтому потери энергии в них минимальные.

Рис. 8.8. Коноидальный насадок

Коэффициент расхода коноидального насадка является наивысшим.

Гидравлический расчет насадков ведется но тем же формулам, что для отверстия в тонкой стенке:

где и . Только вместо коэффициента местных потерьследует поставить в формулу длясуммарный коэффициент сопротивления

где l – длина, d – диаметр входного отверстия насадка.

Конические и коноидальные насадки имеют значительно большие расходы по сравнению с цилиндрическими при одинаковом диаметре отверстия, что связано с меньшими сопротивлениями при истечении. В связи с этим конические насадки имеют значительно большие коэффициенты расхода(более подробные данные об этом даны в примерах 2, 3 данной главы).

Гидравлический расчет открытых русел

Движение жидкости в открытых руслах характеризуется тем, что все точки свободной поверхности находятся под одинаковым давлением, равным давлению внешней среды.

В предположении, что течение жидкости в открытом русле является установившимся и плавноизменяющимся, расчетная формула для расхода будет иметь вид

где ; у определяется по формулам, приведенным

в параграфе 6.17; п – коэффициент шероховатости, зависящий от состояния стенок русла (определяется из справочников); – гидравлический радиус; – живое сечение потока; – смоченный периметр; – гидравлический уклон.

Для трапецеидального канала, чаще всего встречающегося на практике (рис. 8.9), живое сечение определяется по формуле

где h – глубина наполнения канала; b – ширина по дну; – коэффициент заложения откоса.

Рис. 8.9. Схема открытого русла

Смоченный периметр определяется по формуле

Обычно бывают известны: расход Q, гидравлический уклон, коэффициент шероховатости п и коэффициент заложения откоса m. Находяти скорость течения.

При проектировании каналов их живые сечения стремятся приблизить к гидравлически наивыгоднейшему. Гидравлически наивыгоднейшим сечением называется такое сечение, которое обладает наименьшим смоченным периметром х (или наибольшим гидравлическим радиусом R). Такое сечение обладает максимальной пропускной способностью.