lab nasadok

Истечение из цилиндрических насадков при постоянном напоре

Цель работы:

опытное определение коэффициентов расхода и местного сопротивления насадка;

сравнение полученных коэффициентов с аналогичными коэффициентами в случае отверстия.

Теоретическое введение

Насадком (насадкой) называется короткая напорная труба, присоединённая к отверстию для истечения жидкости (см. рис. 1).

Рис. 1: Истечение из цилиндрических насадков

1

При гидравлическом расчёте насадков потери напора в них рассматриваются как местные, т. е. потери напора по длине отдельно не учитываются. Очевидно, что это допустимо только для достаточно коротких труб. Длина цилиндрического насадка обычно назначается в пределах (3–4)d, где d — внутренний диаметр насадка. При этом выходное отверстие насадка работает полным сечением, а потери напора по длине пренебрежимо малы по сравнению с местными потерями напора. Если длина насадка превысит (6–7)d, пренебрежение потерями напора по длине станет недопустимым. При этом насадок становится напорным трубопроводом, и расчёт его следует выполнять по соответствующим формулам для трубопроводов. Если lí < 3 d, поток не заполняет выходное сечение. Такая труба тоже не является насадком.

Цилиндрические насадки делятся на внешние (рис. 1, слева) и внутренние (рис. 1, справа). Первые называются также насадками Вентури, вторые — насадками Борда.

На рис. 1 слева показан продольный разрез потока во внешнем цилиндрическом насадке. В начале насадка происходит резкое сжатие струи под влиянием сил инерции, действующих на частицы жидкости, движущиеся на подходе к насадку по криволинейным траекториям. Поэтому, так же как при истечении из отверстия в тонкой стенке, образуется сжатое сечение C–C. После прохождения этого сечения поток расширяется и на выходе из насадка заполняет его поперечное сечение целиком. Таким образом, поток в насадке состоит из двух принципиально отличных частей: транзитной струи 1 и водоворотной области 2.

Эксперименты показывают, что при равных диаметрах цилиндрического насадка и отверстия в тонкой стенке расход потока, вытекающего через насадок, больше, чем вытекающего из отверстия. Дело в том, что расход потока в случае отверстия зависит от потерь напора в отверстии (что учитывалось коэффициентом скорости для отверстия ') и от степени сжатия струи (которая учитывалась коэффициентом сжатия струи "). В случае истечения через насадок сжатия струи не происходит1, поэтому расход в этом случае зависит только от потерь напора. Потери напора в насадке больше, конечно, чем в отверстии, но всё равно можно записать неравенство:

'í < ' ";

где 'í — коэффициент скорости для насадка2.

Расход Q и средняя скорость потока на выходе из насадка vâ определяются по таким же формулам, как и расход и скорость в сжатом сечении при истечении из

малых отверстий в тонкой стенке:
					(2)
Q = í p!2			2gH:;
vâ = 'í		gH			(1)
	p

где í — коэффициент расхода насадка, который по величине равен коэффициенту скорости, ! — площадь поперечного сечения насадка.

Эксперимент показывает, что в сжатом сечении насадка возникает вакуум. Необходимость возникновения вакуума также следует из уравнения Бернулли, если его записать для сжатого и выходного сечений насадка.

1Точнее, сначала струя сжимается, но затем снова расширяется до размеров поперечного сечения насадка (см. рис. 1).

2Для насадка 'í = 0; 82

2

Выполнение лабораторной работы. Выводы

При выполнении работы заполняется таблица 1

Таблица 1: Результаты лабораторного опыта с цилиндрическим насадком

	Тип	d	!	H	t	M0	M
	насадка
	—	см	см2	см	с	кг	кг
	Внешний
	W	Q	hâàê	í	'í	í	pâàê
	см3	см3/с	см вод.ст.	—	—	—	кПа

В таблице 1 коэффициент местного сопротивления насадка í следует определять по формуле:

í = '12 1

í

Вакуумметрическое давление pâàê = hâàê .

В конце работы следует сделать вывод о соответствии полученных коэффициентов известным значениям.

3