Никитин О.Ф. Гидравлика и гидропневмопривод DJVU (948287), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Расход определяется по выражению и! — коэффициент расхода. где 1г! = ! Рг 1 Из полученных выражений следует, что при несовершенном сжатии расход А ь через отверстие больше расхода при совершенном сжатии струи. рз Затопленное отверстие. Рассмотрим истечение жидкости под уровень (рис. 3.9), а не в атмосферу. В этом случае жидкость течет из резервуара А в резервуар Б. В обеих емкостях давление распределяется в соответствии с гидро- статическим законом.
Формирование Рис. 3.9. Схема течения струи при истечении через затопленное жидкости через затоплен- отверстие не отличается от рассмотренное отверстие ного случая (см. рис. З.б). При выходе 110 т л. 3. Местнлзе гидравлические сопротивления и расчет трубопроводов струи с острой кромки отверстия происходит внезапное расширение потока (энергия струи теряется на образование вихрей) и рассеивание кинетической энергии струи в емкости Б. Для сечений 1 — 1 и 3 — 3 ((г1 = 0 и (гз = 0) уравнение Бернулли принимает вид ~, —; — = —.+г, л-~„„ Р1 Рз РЯ РГ где г1 и р~ — положение свободной поверхности 1--1 и давление на ней; гз и рз — положение свободной поверхности 3 — 3 и давление на неи; )т„„— потери напора на участке 1 — 3, определяемые скоростью (гг жидкости в сечении 2 — 2 (аг = 1) и коэффициентом потерь напора ~, „, при входе в затопленное отверстие: Кг 1,г '"'2В 2В Подставив в уравнение Бернулли г, — гз —— На и Н = Но + з,получим РЯ ,~2дН = (р „l2дБ, 1 1+ чзотв где Н вЂ” полный напор; На — разность уровней; на практике Газ.атв = Гата.
Расход жидкости через затопленное отверстие 0 = 1 г5озр = теос5отв зз2ВН = Р5отвтг2ВН. Из полученных выражений следует, что скорость и расход жидкости при истечении под уровень не зависят от глубины расположения отверстия. 3.3. Течение жидкости через насадки Внешний цилиндрический насадок. Короткую трубу внутренним диаметром с1 и длиной (2...5)с( без закругления входной кромки (острая кромка) называют внешним Иилиндрическим насадком (рис. 3.10, а). При входе в канал насадка вследствие тор- 111 Ч.1 Гидравлики можения частиц жидкости у кромки отверстия и увеличения радиусов кривизны поверхностей струи уменьшается площадь сечения струи.
Новедение струи напоминает течение жидкости через отверстие в тонкой стенке. Далее за счет наличия области вихревого движения и вследствие пониженного давления струя постепенно расширяется до размеров канала, т. е. при выходе из насадка струя имеет следующие параметры: е = 1 и р = ез. Такой режим истечения называют безотрывнььи, или первым, режимом. О Ке а Рис. 3.10. Схема течения жидкости через внешний цилиндрический насадок (а) и зависимость 15 = 1(Ке) при различных значениях относительной длины (б) На расход жидкости Д = )з5„,,~2дН при истечении жидкости через внешний цилиндрический насадок оказывает влияние коэффициент расхода и, зависящий от относительной длины насадка 2 < Е,„„Ы < 5 и определяемый экспериментально.
Для турбулентных режимов течения жидкости (Ке > 10 ) через 5 насадок с относительными размерами 1,„Я = 2 имеем и = д = 0,80 и с,„„„= 0,5. С увеличением длины 1.,а„насадка коэффициент сопротивления ~ возрастает, а коэффициент расхода )з уменьшается (рис. 3.10, б). Сравнение течения жидкости через цилиндрический насадок с течением через отверстие в тонкой стенке показывает, что расход через насадок больше, чем через отверстие с острой кромкой вследствие меньшего сжатия струи в насадке. Скорость струи в сжатом сечении меньше вследствие значительно ббльшего коэффициента сопротивления (с„,„„= 0,5 > Г„= 0,06). С учетом расширения струи уравнение Бернулли для сечений 1 — 1 и 2 — 2 принимает вид Рмв ~~ Рз Рз (~ ~ 1з~) рд 2д рд 2д 2е 112 1л.3.
Местные видравлинвские сопротивления и расчет трубопроводов г Если коэффициент сжатия струи е = (с(,/с1г ), скорость в сечении 1-1 Р; = еР~ и в сечении 2 — 2 1'г =щ,~2цН, то выражение, опреде- ляющее давление жидкости внутри насадка, можно представить следующим образом: Рмвс = Рг 2~Р— — 1 р8Н. г Принимая сг = 0,80 и е = 0,63 (параметры струи на выходе из насадка), получаем рг — р~,в, = 0,75р8Н.
При достижении абсолютного вакуума внутри насадка р!,в, -+ 0 (абсолютное давление) критический напор Н, =рг 10,75рд, т. е. при таком напоре происходит отрыв струи от поверхности стенок — изменяется режим течения вследствие проникновения атмосферного давления в кольцевой вихревой канал — струя из факельной формы преобразуется в цилиндрическую с хлопком (срыв потока). Наступает второй режим течения жидкости, характеризующийся тем, что струя после выхода из отверстия не расширяется, а сохраняет цилиндрическую форму и перемещается внутри насадка, не соприкасаясь с поверхностями стенок. Истечение жидкости становится таким же, как и из отверстия в тонкой стенке, с аналогичными параметрами. Следовательно,при переходе от первого режима ко второму скорость движения жидкости увеличивается, а расход уменьшается вследствие уменьшения площади сечения струи.
Таким образом, первый режим — безотрывное истечение — характеризуется большим коэффициентом сопротивления, равным 0,55, и относительно высоким коэффициентом расхода, равным 0,80; второй режим по сравнению с первым характеризуется меньшим коэффициентом расхода, равным 0,60. Для воды при давлении рг = 0,1 МПа критическое значение Нкп = 10„3310,75 = 14 м, При течении жидкости через цилиндрический насадок под уровень (иаличие давления рг на выходе из насадка) истечение до полного расширения будет таким же, как в атмосферу. Но при падении давления в кольцевом канале до давления насыщенного пара наступает кавитация и расход жидкости перестает зависеть от давления рг, т.
е. наблюдается эффект стабилизации расхода, связанный с уменьшением коэффициента расхода от 0,80 до 0,60 при 113 Ч. 1 Гидравлика Ке > 2,5 10 (см. рис. 3.10, б, штриховая линия), объясняемый уменьшением сечения струи внутри канала, повышением давления внутри струи жидкости и на выходе, увеличением потерь на трение по длине канала. Для повышения коэффициента расхода входную кромку отверстия закругляют. Чем больше радиус кривизны, тем выше коэффициент расхода и ниже коэффициент сопротивления.
В пределе при радиусе кривизны, равном толщине стенки, цилиндрический насадок приближается к соплу. Сопла. Форма такого насадка (рис. 3.11, а) практически совпадает с формой естественно сжимающейся струи, благодаря чему обеспечивается безотрывность течения внутри насадка и параллельность струек жидкости в выходном сечении, устойчивый режим истечения и очень малые потери энергии ()г †> 1; ~ -+ 0,03 при больших числах Ке; С вЂ” э 0,1 при малых числах Ке; с = 1). Даффузорный насадок. При соединении сопла на входе с диффузором на выходе (рис. 3.11, б) происходит снижение давления в узком месте насадка н увеличение скорости и расхода жидкости при течении через насадок.
н 2,4 ~гя цг 22 Нм о г Рис. 3.11. Схема течения жидкости через сопловый (а) и диффузориый (б) насадки; зависимосп р =ДЛ) для диффузориого насадка (в) Для рассматриваемого соединения при значении и= 1 чз = Н =; Р = <р~/2дН; Д = раз з/2уН. 1 ,/Г+ Г„ Потери удельной энергии равны сумме потерь на входном участке канала (сошю) и потерь на выходном участке (конический диффузор), т. е. 114 Гл.
3. Местные гидравлические сопротивления и расчет трубопроводов где сля — коэффициент сопротивления диффузорпого насадка; )г~ и 1'з — средняя скорость жидкости во входном 1 — ! и выходном 2 — 2 сечениях диффузора соответственно; <р „ф — коэффициент потерь (иногда называемый коэффициентом полноты удара) в диффузорном насадке, выражающий доли потерь при внезапном расширении.
При движении жидкости во входном сечении конического диффузора образуется вакуум (см. рис. 3.11, б): ръак 11 12 ( 1 з) 'Рляф рд 28 28 Снижение давления в узком сечении насадка и повышение скорости и расхода жидкости через насадок достигается выбором размеров диффузора. При одинаковых диаметре и напоре жидкости диффузорный насадок обеспечивает значительно больший расход (до 2,5 раз) по сравнению с соплом вследствие образования вакуума в узком сечении потока. При небольшом напоре (Н = 1...4 м) применение диффузорного насадка ограничено, так как с повышением напора в узком сечении возникает кавитация, как следствие, увеличиваются потери напора и снижается пропускная способность насадка.
Внутренний цилиндрический насадок. Течение жидкости через такой насадок (рис. 3.12) в основном не отличается от течения жидкости через внешний насадок. Во 1, внутреннем насадке происходит лишь большее сжатие струи при входе в насадок и затем послечш р р .и у лр "Р *" " "У Я"" " Р"" ского насадка больше, чем у внешнего. При течении жидкости через насадок в первом режиме и Рис. 3.12. Схема больших числах Ке <р = р = 0,71; в = 05. течения жидко- сти через впут- ~„п, =1. ПРи малой длине 1 вв, в < 1,5с(ат наса- ренний цилияддок работает с отрывом струи от стенок канала. В рвческий насадок этом случаев=0,5; у=0,98; р < 0,49.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
