lab nasadok
.pdfИстечение 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