Методические указания к практическим занятиям по курсу

«Гидравлика» для студентов на правления ТМО

Истечение через насадки. Истечение при переменном напоре

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры ТМП БФ ПНИПУ

 

 

«27» сентября 2017 г., протокол № 4

 

Заведующий кафедрой, канд. техн. наук   Составитель, канд. техн. наук			С.Э. Шаклеина И.Ф. Киссельман
			.

Березники, 2017

Истечение через насадки

Общие сведения

 

Задача об истечении жидкости через отверстия – одна из основных в гидравлике и решается она уже две тысячи лет, восходя к Герону Александрийскому. Решение ее сводится к определению скорости истечения и расхода вытекающей жидкости. Этот случай движения характеризуется тем, что в процессе истечения запас потенциальной энергии, которой обладает жидкость в резервуаре, превращается с большими или меньшими потерями в кинетическую энергию свободной струи или капель.

В зависимости от размеров и формы различают малые и большие отверстия в тонкой и толстой стенках.

Малым отверстием называется такое отверстие, у которого поперечный размер, а,   менее 0,1 Н (где Н – действующий напор).

Большим отверстием называется такое отверстие, у которого поперечный размер более 0,1 Н; при круглом отверстии а= d.

Стенка считается тонкой, когда отверстие в ней не оказывает влияния на форму и условия истечения струи (толщина стенки d <3 a).

Стенка считается толстой, когда ее толщина больше в три раза поперечного размера отверстия, т.е. d >3а.

В зависимости от расположения отверстия и условий протекания жидкости различают совершенное и несовершенное, полное и неполное сжатие струи, истечение из затопленного и незатопленного отверстия при постоянном и переменном напоре.

Совершенное сжатие будет тогда, когда боковые стенки и дно резервуара не влияют на истечение жидкости, т. е. удалены от отверстия на расстояние превышающее утроенный поперечный размер отверстия (l >3а).

Сжатие будет несовершенным, когда одна из боковых стенок резервуара или несколько стенок будут удалены от отверстия на расстояние меньше утроенного поперечного размера отверстия (l <3 а).

Сжатие струи может быть полным (по всему периметру) и неполным, если отверстие частью периметра совпадает с боковым стенками и дном резервуара.

Отверстие считается незатопленным, если истечение жидкости происходит в атмосферу.

Отверстие считается затопленным, если истечение происходит не в атмосферу, а под уровень жидкости.

Гидравлический насадок, это короткая труба для выпуска жидкости в атмосферу или перетекания жидкости из одного резервуара в другой, тоже заполненный жидкостью. Насадками являются не только трубы, но и каналы, отверстия в толстых стенках, а также щели и зазоры между деталями машин. Длина насадка, при которой возможно заполнение всего сечения канала и достигается максимальная пропускная способность для внешних и внутренних цилиндрических насадков, составляет l =(3–4) d.

Насадки применяются в технике для различных целей. Для выпуска жидкости из резервуара и водоемов применяют различные цилиндрические насадки. Для получения больших выходных скоростей и дальности полета струи жидкости применяют конически сходящиеся насадки в виде пожарных брандспойтов, форсунок для подачи топлива, гидромониторов, для размыва грунта, фонтанных сопел, сопел гидравлических турбин. Наоборот, для замедления течения жидкости и увеличения давления во всасывающих трубах гидравлических турбин, для замедления подачи смазочных масел применяют конически расходящиеся насадки. Для конических сходящихся и расходящихся насадков существуют оптимальные углы конусности. Наибольшей пропускной способностью обладает коноидальный насадок, продольное сечение которого выполняется по форме вытекающей из отверстия струи. Насадки специальных конструкций применяют в форсунках для распыления топлива.

По аналогии с насадками рассчитывают короткие трубы. Короткими трубами считают трубы небольшой длины (однако более длинные, чем насадки), в которых местные потери напора и потери по длине имеют одинаковое значение и поэтому учитываются в расчетах равнозначно в отличие от насадков, в которых коэффициенты x и j учитывают в основном местные потери. К числу таких труб относятся короткие дюкеры, сифоны, всасывающие трубы насосов и т. д. [1, 8].