Истечение жидкости через отверстия и насадки

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОСТОЧНО-СИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ГОУ ВПО ВСГТУ

ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ И ПРАВА

Контрольная работа

по гидравлике

на тему:

Истечение жидкости через отверстия и насадки

Улан-Удэ

2011 год

Почти в любой современной машине или аппарате в том или ином виде происходит истечение жидкости из отверстий и насадки. Поэтому важно знать параметры истечения.

Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке. В качестве примера рассмотрим истечение жидкости из открытого резервуара и выведем расчетные формулы для определения расхода, скорости и других параметров истечения.

При истечении жидкости из отверстия площадью со струя испытывает сжатие. Сжатие струи происходит вследствие сложения скоростей отдельных частиц жидкости, движущихся к кромке отверстия по различным направлениям (со дна, по вертикали, по наклонным плоскостям). Сжатое сечение находится от стенки на расстоянии, примерно равном половине диаметра отверстия. Если струя сжимается по всему контуру, то сжатие называется полным, а если расстояние до ближайшей ограничивающей поверхности составляет не менее трех диаметров отверстий, - совершенным.

На рисунке показано истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке, причем под малым подразумевается такое отверстие, диаметр которого менее 0,1 действующего напора, а под тонкой - такая стенка, толщина которой не влияет на характер истечения.

Отношение площади струи в сжатом сечении к площади отверстия называется коэффициентом сжатия струи:

е = щс/щ.

Для малых отверстий е = 0,64. Исходя из уравнения Бернулли, составленного на рисунке для сечений 1 - 1 и с - с, после ряда преобразований получим расчетную формулу для вычисления скорости потока в сжатом сечении.

В процессе вывода уравнений расхода, скорости и потерь напора были введены коэффициенты м, ц, е. Значения этих коэффициентов, приведенные выше, действительны лишь для маловязких жидкостей. Для вязких жидкостей (рабочих жидкостей для гидроприводов, используемых при отрицательных температурах, а также для воды при истечении её из отверстия (малого диаметра) эта коэффициенты могут значительно изменяться в зависимости от числа Рейнольдса.

При истечении жидкости из затопленного отверстия коэффициенты м, ц, е будут мало отличаться от их значений при истечении жидкости в атмосферу, но в качестве напора будет действовать разность напоров z = H1 - H2 (рисунок).

истечение жидкость отверстие

Истечение жидкостей из больших отверстий. Истечение жидкости через большие отверстия при совершенном сжатии происходит редко из-за близости одной из ограждающих поверхностей резервуара, поэтому сжатие струи невсесторонне, вследствие чего коэффициент расхода м возрастает. Для больших отверстий м = 0,65 - 0,85.

Истечение жидкости через насадки. Насадкой называется короткая труба длиной l = (3 - 4) d цилиндрической, конической или коноидальной форм.

Истечение жидкости через насадки: а - внешние цилиндрические; б - внутренние цилиндрические; в - расширяющиеся конические; г - сужающиеся конические; д - коноидальные

Рассмотрим истечение жидкости через внешний цилиндрический насадок (рисунок а). Согласно уравнению Бернулли, давление в сжатом сечении должно быть меньше атмосферного, что существенно меняет картину истечения. Коэффициент расхода м в этом случае следует принимать равным 0,82, так как действующий напор как бы увеличивается, что приводит к увеличению расхода.

Составив уравнение Бернулли для сжатого сечения и сечения за насадкой, и преобразовав его, можно определить величину вакуума (в метрах столба жидкости):

h = 0,75*H0

где H0 - напор жидкости, над центром насадка.

Так как за местом сужения поток заполняет все сечёние насадка, коэффициент сжатия е в выходном сечении равен 1 и, следовательно, коэффициент скорости:

Ф s= (i/e = 0,82.

На рисунке, б-д показаны различные типы насадок и указаны значения соответствующих коэффициентов. Конически сходящиеся и коноидальные насадки применяют там, где необходимо получить компактную струю сравнительно большой длины при малых потерях энергии (в напорных брандспойтах, гидромониторах и т.д.). Конически расходящиеся насадки используют для увеличения расхода истечения при малых выходных скоростях.

Давление струи жидкости на ограждающие поверхности

Если вытекающая из отверстия или насадка струя попадает на неподвижную стенку, то она с определенным давлением воздействует на нее. Основное уравнение, по которому вычисляется давление струи на площадку, имеет вид

На рис. 5.15 приведены наиболее часто встречающиеся в практике ограждающие поверхности (преграды) и уравнения, по которым вычисляется давление струи на соответствующую поверхность.

Величина давления струи, естественно, зависит от расстояния насадка до преграды. С увеличением расстояния струя рассеивается и давление уменьшается. Соответствующие исследования показывают, что в данном случае струя может быть разбита на три характерные части: компактную, раздробленную и распыленную (рис.5.16).

В пределах компактной части сохраняется цилиндрическая форма струи без нарушения сплошности движения. В пределах раздробленной части сплошность потока нарушается, причем струя постепенно расширяется. Наконец, в пределах распыленной части струи происходит окончательный распад потока на отдельные капли.

Рис. 5.15. Взаимодействие струи жидкости с неподвижной поверхностью

Рис. 5.16. Составные части свободной струи

Литература

1. Физическая энциклопедия - http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1460.html

Размещено на Allbest