logo
Учебное пособие по гидравлике

7.2. Истечение жидкости через насадки

Насадками называются короткие патрубки длиной l = (3…4)d, присоединенные к отверстию диаметром d.

Они выполняются как внешними, так и внутренними. В зависимости от конструкции различают следующие типы насадок (рис.7.2).

Рис.7.2

Конические сходящийся и коноидальный насадки еще называют соплами.

Рассмотрим особенности истечения через насадки на примере внешнего цилиндрического насадка (рис.7.3).

Рис.7.3

При движении жидкости внутри насадка образуется сжатое сечение, в области которого наблюдается вакуум. Образование вакуума объясняется тем, что скорости в сжатом сечении С-С больше скоростей в месте выхода струи из насадка (сечение В-В), а потому давление в сжатом сечении будет меньше атмосферного. Это непосредственно следует из уравнения Бернулли. Так как

Vc>Vв, то Рс<Рат.,

где Vс – скорость в сжатом сечении С-С; Vв – скорость в месте выхода из насадка; Рс – давление в сжатом сечении; Рат – атмосферное давление в сечении В-В.

В связи с образованием вакуума насадок увеличивает пропускную способность отверстия.

Так как в области выхода потока насадок работает полным сечением, то коэффициент сжатия ε = 1. Поэтому коэффициент расхода равен коэффициенту скорости, т.е. μ = φ.

При увеличении напора перед насадком скорость в сжатом сечении увеличивается, а абсолютное давление уменьшается. При достижении его величины парообразования жидкость вскипает. Возникает явление кавитации, происходит срыв вакуума и наступает предел нормальной работы насадка. Он начинает работать как отверстие.

Для того чтобы оценить применение насадков и отверстий в различных технических устройствах, в таблице приведены некоторые их характеристики.

Форма отверстий и насадков

Коэффициент

Удельная

энергия, уносимая потоком

Мощность, уносимая потоком, в долях от теоретической

скорости

φ

расхода

μ

Круглое отверстие в тонкой стенке

0,970

0,625

0,941 Н

0,588

Внешний цилиндрический насадок

0,820

0,820

0,672 Н

0,551

Конический сходящийся насадок с углом 13о24’

0,963

0,946

0,927 Н

0,877

Коноидальный насадок

0,980

0,980

0,960 Н

0,941

Конический расходящийся насадок с углом 5о

0,475

0,475

0,226 Н

0,107

В том случае, когда мощность, уносимая потоком, должна иметь максимально возможное значение (сопла активных гидравлических турбин, гидромониторов, пожарных рукавов и т.п. устройств), применяют конические сходящиеся и коноидальные насадки. А, например, конические расходящиеся насадки имеют наименьшее значение мощности. Поэтому они получили широкое распространение как «отсасывающие трубы» реактивных гидравлических турбин и в других случаях, где требуется свести до минимума энергию в отходящем потоке.