4.3. Истечение жидкости через насадки
Насадки – короткие патрубки, присоединяемые к отверстию в тонкой стенке (рис. 4.4) с целью:
1) увеличения пропускной способности отверстия, т.е. расхода жидкости;
2) увеличения скорости истечения струи;
3) уменьшения скорости истечения струи.
Пример 1. Цилиндрический насадок (рис. 4.4а) имеет длину L=(34)·d.
Струя жидкости при выходе из отверстия и входе в насадок подвергается некоторому сжатию (dстр 0,8·d).
Рассмотрим, каким образом решаются эти задачи.
Рис.
4.4.
Формы насадок и схемы истечения
жидкости через них
a)
В сжатом сечении струи давление ниже атмосферного. В связи с этим в патрубке происходит дополнительный подсос жидкости из аппарата и увеличивается пропускная способность отверстия. Экспериментально установлено, что коэффициент расхода н при использовании насадка равен приблизительно 0,82. Таким образом, цилиндрический насадок может увеличить пропускную способность на 30 % по сравнению с истечением из отверстия. Наряду с этим происходит также некоторое уменьшение скорости истечения. Действительно, при истечении жидкости через отверстие имеем:
= / .
Коэффициент сжатия струи:
= (0,8 dо)2 / dо2 = 0,64.
Коэффициент скорости для воды:
= / = 0,62 / 0,64 = 0,97.
При использовании насадка н = Sн / So= 1,
где Sн – площадь поперечного сечения насадка, Sн = Sо.
Коэффициент расхода н при использовании насадка:
н = 1,3 0,81.
Коэффициент скорости н при использовании насадка равен:
н = н / н = 0,81.
Поскольку н < , то скорость истечения жидкости из насадка меньше скорости жидкости, истекающей из отверстия.
Основное назначение цилиндрического насадка – увеличение расхода жидкости, истекающей из отверстия.
Пример 2. Конический сходящийся насадок (рис. 4.4б).
В нем происходит увеличение скорости струи за счет уменьшения ее диаметра. Струя, выходящая из такого насадка, обладает компактностью и способностью сохранять свою форму на дальних расстояниях, не распадаясь на капли. Поэтому конические насадки применяются в качестве сопел, наконечников, пожарных брандспойтов и т.д. При этом расход жидкости не увеличивается.
Пример 3. Конический расходящийся насадок (рис. 4.4в).
В этом насадке струя испытывает значительное сжатие, а в патрубке создается значительный вакуум. Конические расходящиеся насадки обладают бóльшим всасывающим свойством, чем цилиндрические насадки. Расход жидкости при установке таких насадков увеличивается, скорость же значительно уменьшается ( 0,45). Угол конусности должен быть меньше 8, иначе струя не будет касаться стенок, вакуум в насадке не образуется, и он не будет оказывать влияния на условия истечения жидкости.
Пример 4. Коноидальный насадок устраняет сжатие струи, все потери энергии сводит к минимуму ( 0,97). В нем создается большой запас кинетической энергии.
Этот насадок является усовершенствованным коническим сходящимся насадком. Поэтому здесь наряду с уменьшением сопротивления насадка и большой скоростью струи увеличивается расход жидкости (рис. 4.4г).