Файл: Рабинович, Е. З. Гидравлика учебник.pdf

Наиболее распространенными типами насадков являются:

1)цилиндрические насадки: внешний (рис. 144, а) и внутренний

{рис. 144, б);

2)конические насадки: сходящийся (рис. 144, в) и расходящийся

(рис. 144, г).

3)коноидальные насадки криволинейного очертания, имеющие форму сжатой струи (рис. 144, д).

В этом случае струя жидкости по выходе из сосуда и входе в на­ садок подвергается некоторому сжатию (с1сж*=« 0,8d), затем посте­ пенно расширяется и заполняет все поперечное сечение насадка. Сжатие струи здесь происходит только внутри насадка (внутреннее сжатие), выходное же сечение насадка работает полностью, и по­ этому коэффициент сжатия, отнесенный к выходному сечению, будет

а = 1.

Многочисленными опытами, которые проводились над истечением жидкости из внешнего цилиндрического насадка, установлено значе­ ние коэффициента расхода р = 0,82. Сопоставляя это значение со значением коэффициента расхода при истечении из отверстия в тон­ кой стенке, получаем

Рнас 0,82 4

Ротв 0,62 3

Следовательно, расход жидкости при истечении из насадка будет примерно в 4/ 3 раза больше, чем при истечении из отверстия в тонкой стенке. А так как в этом случае а — 1, то коэффициент скорости 9 = р — 0,82, т. е. оказывается значительно меньше, чем при исте­ чении из отверстия. Таким образом, внешний цилиндрический наса­ док, увеличивая расход жидкости, вместе с тем дает и значительное уменьшение скорости истечения. Объясняется это тем, что в месте сжатого сечения струи образуется кольцевое «мертвое» простран­ ство а, заполненное жидкостью, находящейся в вихреобразном, круговоротном движении. Наличие последнего, в сочетании с явле­ ниями сжатия и последующего расширения струи, и является основ­

198

ной причиной увеличения потерь напора, а следовательно, и умень­ шения скорости истечения.

Если истечение происходит в атмосферу, то вследствие сжатия струи в начале насадка давление в «мертвом» пространстве оказы­ вается меньше атмосферного и в нем создается разрежение (вакуум), способствующее выделению из жидкости растворенного в ней воз­ духа. Этот воздух затем захватывается протекающей по насадку жидкостью и увлекается ею, понижая прозрачность струи.

В том, что в «мертвом» пространстве образуется вакуум, можно легко убедиться, применяя уравнение Бернулли для двух сечений: сжатого сечения 1—1 и выходного сечения 2—2 в конце насадка.

Имеем

Так как в рассматриваемом случае ввиду незначительной длины насадка потери на трение по длине между этими сечениями будут ничтожно малы, их можно не учитывать и определять потери напора только как местные потери на внезапное расширение струи. Для этого воспользуемся формулой (см. § 50)

£г

внутреннего сжатия, равный для цилиндрического насадка 0,64, получаем

последнего уравнения, всегда меньше р 2. Следовательно, во внешнем цилиндрическом насадке действительно имеется вакуум, величина

199

Но скорость истечения

и2= ф V 2gII,

и поэтому

-^ = 1,12Ф2# . Pg

Подставляя сюда вместо ср его значение, равное 0,82, для опреде­ ления величины вакуума находим окончательное выражение

^0,75Я ,

из которого видно, что в конечном счете вакуум зависит от величины напора над центром тяжести поперечного сечения насадка.

В частном случае, при истечении воды, предельное значение вакуума

При больших напорах в насадке может иметь место разрыв струи и насадок перестает работать полным сечением.

Рассмотренное явление может быть наглядно проиллюстриро­ вано весьма простым опытом.

К насадку в месте предполагаемого наибольшего сжатия струи присоединяется изогнутая стеклянная трубка, опущенная другим концом в открытый сосуд с жидкостью (рис. 146). Наблюдая за этой трубкой, можно увидеть, как по ней в насадок непрерывно засасы­ вается жидкость, что, очевидно, возможно только при наличии раз­ ности давлений, т. е. вакуума в насадке. Наличием вакуума в насад­ ке можно объяснить также и непонятное на первый взгляд увеличе­ ние расхода при истечении из насадка по сравнению с истечением из отверстия в тонкой стенке. Благодаря вакууму насадок работает как своеобразный насос, дополнительно подсасывая жидкость; вот почему в этом случае, несмотря на увеличение потерь напора, рас­ ход жидкости увеличивается.

В н у т р е н н и й ц и л и н д р и ч е с к и й н а с а д о к вы­ полняется в виде трубки, приставленной к отверстию изнутри сосуда (рис. 147). В этом насадке, по сравнению с внешним, сопротивления, а следовательно, и потери напора оказываются большими, так как ухудшаются условия подхода жидкости к насадку.

При длине насадка I > 2 ,5 d жидкость заполняет все выходное сечение насадка, коэффициент сжатия в этом сечении а — 1, а коэф­ фициент скорости ср — 0,71. При I sg 1,5d насадок работает непол­ ным сечением, и жидкость вытекает из отверстия, не касаясь стенок насадка, что приводит к значительному уменьшению расхода (ц —

2 0 0

сказывается меньше, чем в цилиндрическом насадке, при выходе из насадка происходит второе (внешнее) сжатие, после чего жидкость течет параллельными струйками. Благодаря незначительности вну­ треннего сжатия потери напорй в этом насадке оказываются мень­ шими, чем в цилиндрических насад­ ках, коэффициент ф — большим, а коэффициент а, вследствие дополни­ тельного сжатия в выходном сечении,

—меньшим.

Рис. 146 Рис. 147

Все коэффициенты истечения (а, <р, р) для конических насадков зависят от угла конусности 0. Опыт показывает, что в коническом сходящемся насадке коэффициент скорости ф все время возрастает с увеличением этого угла; коэффициент же расхода сначала увели­ чивается, достигая наибольшего значения р = 0,946 при 0 = 13°, а затем начинает убывать.

Следует иметь в виду, что здесь, как и везде при рассмотрении истечения из насадков, все коэффициенты относятся к выходному

сечению насадка. Если же коэффициент расхода отнести к сечению отверстия в стенке, то вследствие конусности самого насадка он окажется, конечно, значительно меньше; поэтому конически сходя­ щиеся насадки при больших выходных скоростях вместе с тем харак­ теризуются меньшими по сравнению с цилиндрическими насадками

(рис. 149) струя жидкости при входе в насадок испытывает значи­ тельное сжатие, затем быстро расширяется и заполняет все сечение. Внешнего сжатия при выходе из насадка здесь нет, и следовательно, коэффициент сжатия а = 1. Однако при угле конусности 0 О 8°

201