Истечение жидкости через насадки и отверстия

Истечение жидкости через отверстия и насадки является одной из основных задач гидродинамики. Задача гидравлического расчета отверстий и насадок состоит в определении скорости истечения и величины пропускаемого ими расхода.

Отверстия классифицируют в зависимости

1) от размеров: малое, если диаметр отверстия <

среднее, если <

большое, если >

2) от толщины стенок: в тонкой стенке, если ее толщина <

в толстой стенке, если ее толщина >

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.

Малым отверстием называется отверстие, если его размер по высоте не превышает напор , т.е. можно пренебречь изменением давления по его площади.

Насадками называются небольшие по длине трубы , 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.

Сжатие называется неполным, если при подходе к отверстию поток с одной или нескольких сторон не испытывает сжатия.

Сжатие называется полным совершенным, 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, то сжатие будет несовершенным.

Коэффициентом сжатия струи называется отношение площади сжатого сечения струи к площади отверстия

Скорость истечения жидкости через отверстия и насадки в атмосферу из закрытого сосуда с давлением на свободной поверхности определяется по формулам

В случае истечения через затопленные отверстия и насадки из открытого сосуда скорость определяется по формуле

где – коэффициент скорости отверстия;

– коэффициент скорости насадка;

–коэффициент кинетической энергии потока;

–коэффициент местного сопротивления отверстия.

Расход жидкости определяют по формулам

где – коэффициент расхода отверстия, равный

где – скорость истечения идеальной жидкости.

Средние значения коэффициентов истечения , , , для малых отверстий в тонкой стенке и разных насадок при числах Re больше 105 приведены справочных материалах.

В случаях, когда число Re меньше 105, коэффициенты истечения находят из графика А.Д. Альтшуля (рис. 1.16), составленного на основании опытов разных авторов.

Из графика следует, что с увеличением числа Re коэффициент расхода сначала увеличивается, а затем, достигнув максимального значения ( при Re=350), уменьшается и стабилизируется на значении, близком к . Таким образом, коэффициенты истечения при достаточно больших числах Re зависят только от формы отверстий и насадок.

Рисунок 1.16 – График А.Д. Альтшуля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГИДРОСТАТИКА. ГИДРОДИНАМИКА

Выполнил студент 4 курса 80 ЗМПТ

факультета механизации

Апанасенко Геннадий Владимирович

Минск 2014