Лекция 15. Классификация насадок. Истечение жидкости черезнасадки

Предельное значение действующего напора истечения. Значения коэффициентов расхода для различных типов насадок. Использование теории истечения через отверстия и насадки в технике. Движение жидкости через узкие плоские и кольцевые щели.

Основное содержание лекции

При истечении жидкости через насадки (короткая трубка длиной, равной 2-6 диаметрам) при постоянном напоре расход определяется по той же формуле, что и при малом отверстии, но в данном случае является коэффициентом расхода насадка, который зависит от типа насадка и режима движения жидкости. Этот коэффициентпо своему значению больше коэффициента расхода малого отверстия. Например, для внешнего цилиндрического насадка осредненное значение = 0,80, для коноидального насадка = 0,96 - 0,99 и т. д.

В работе насадков основную роль играют изменение формы поперечного сечения по длине и сама длина насадка. Поэтому в настоящем разделе основное внимание нужно уделять условиям истечения жидкости, в соответствии с которыми и назначаются расчетные коэффициенты. Наиболее простыми насадками являются цилиндрические. На их примере нужно изучить условия нормальной работы. Внешне нормальную работу характеризует заполнение жидкостью всего выходного сечения, а по существу — образование вакуума в зоне сжатия. Практически это требует определенной длины насадка, ограничения напора предельным и заполнения насадки жидкостью в момент пуска.

В заключение следует отметить, что напорные водопропускные дорожные трубы обычно работают как насадки, а полунапорные —как отверстия.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется насадком? Чем отличается насадок от трубопровода? 2. Как изменяется кинети­ческая энергия струи при истечении через сужающийся и расши­ряющийся насадки? 3. Почему коэффициенты скорости и рас­хода насадка не равны единице? 4. Как изменяются расход и скорость при истечении жидкости через цилиндрический насадок по сравнению с истечением ее из круглого отверстия того же диаметра и под тем же напором? 5. Чем отличается «насадок» от «трубы»? 6. В чем особен­ности истечения жидкости из большого отверстия по сравнению с исте­чением ее из малого отверстия?

РазделViИстечение через водосливы Лекция 16. Классификация водосливов. Расчетные формулы для определения расхода жидкости через водосливы с тонкой стенкой и широким порогом

Учет бокового сжатия. Условия подтопления. Примеры задач по расчету водосливов. Использование теории истечения через водосливы при гидротехнических расчетах.

Основное содержание лекции

Водосливы - широко распространенные водопропускные сооружения. Основными характеристиками работы водослива являются расход и напор (статический и гидродинамический), коэффициенты скорости, бокового сжатия и расхода. Величина перечисленных характеристик зависит от гидравлического сопротивления водослива, а оно, в свою очередь, от конструкции водослива и характера перелива в зависимости от уровня воды за водосливом (в нижнем бьефе). Влиянию этих факторов на работу водослива и нужно посвятить основное внимание.

Конструктивно водосливы делятся на водосливы с тонкой стенкой, с широким порогом и практического профиля. Понятия «водослив с тонкой стенкой» и «с широким порогом» — относительные. Если поток, переливаясь через верхнюю грань водослива, больше нигде не касается его горизонтального порога, то такой водослив называют водосливом с тонкой стенкой (аналогично с отверстием в тонкой стенке). Если на горизонтальном пороге водослива имеет место плавно изменяющееся движение, то такой водослив называют водосливом с широким порогом. Все промежуточные случаи отно­сятся к водосливам практического профиля.

При изменениях напора и расхода одна и та же конструкция может оказаться любым из перечисленных типов водосливов.

Водосливы с тонкой стенкой имеют наиболее устойчивые коэффициенты расхода, поэтому часто используются как водомеры.

Водосливы практического профиля, в частности с хорошо обтекаемым оголовком и криволинейной сливной гранью, широко используются в гидротехнической практике. Такие водосливы прямоугольного, трапецеидального профиля и другие часто применяются в водобойных сооружениях. Самые распространенные в дорожной практике водопропускные трубы и малые мосты рассчитываются на базе теории водослива с широким порогом.

Каждый водослив может работать как свободный и как подтопленный. У свободных водосливов горизонт нижнего бьефа не препятствует переливу потока через водослив. Гидравлические характеристики водослива (Q, H, m и др.) в этом случае определяются только сопротивлениями входного участка, т. е. конструкцией.

Работа подтопленного водослива зависит не только от сопротивления входа. К ним добавляется влияние нижнего бьефа на перелив потока через водослив. Свободное истечение на входном участке переходит в подтопленное. И чем выше горизонт нижнего бьефа, тем больше его влияние в этом случае.

Учитывая описанную выше физику явления и теорию сопряжения бьефов, можно сформулировать два условия подтопления водосливов. Для водослива с тонкой стенкой и практического профиля бытовая глубина должна превышать высоту порога и обеспечивать затопленный прыжок за ним. Для водослива с широким порогом бытовая глубина должна превышать сумму высоты порога и второй сопряженной глубины сжатого сечения на нем, что тоже обеспечивает затопленный прыжок в сжатом сечении на пороге.

Вопросы для самопроверки.

1. Для чего предназначены водосливы? 2. Основная классификация водосливов. 3. Назовите основные характеристики работы водослива. 4. От чего зависят основные характеристики водосливов? 5. Чем отличается водослив с тонкой стенкой от водослива с широким порогом? 6. Как влияет нижний бьеф на перелив потока через водослив? 7. Назовите условия подтопления водослива?