- •Новосибирский Государственный Технический Университет ю.А. Гостеев
- •Часть 1
- •Юрий Анатольевич Гостеев гидравлика и газодинамика
- •Часть 1
- •Учебное пособие
- •630092, Г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Основные свойства жидкостей и газов. Гидростатика
- •1.1. Физические свойства и физические модели жидкостей и газов Капельные жидкости и газы
- •Силы, действующие в жидкости
- •Основные свойства капельных жидкостей
- •Плотность некоторых капельных жидкостей и газов
- •Динамическая вязкость жидкостей и газов
- •Физические модели жидкостей и газов
- •1.2. Гидростатика. Абсолютный и относительный покой жидкостей и газов
- •Свойства гидростатического давления
- •Основное уравнение гидростатики
- •Дифференциальные уравнения равновесия жидкости
- •Равновесие газов. Стандартная атмосфера
- •Силы давления жидкости на поверхности тел
- •2. Уравнения гидродинамики и их интегрирование
- •2.1. Кинематика потоков жидкости. Уравнение сохранения массы Основные понятия кинематики жидкости
- •Уравнение неразрывности
- •Расход и средняя скорость
- •2.2. Уравнения движения идеальной жидкости. Интеграл Бернулли. Потенциальное движение Вывод уравнений движения
- •Уравнение Бернулли
- •Примеры применения интеграла Бернулли
- •Безвихревое (потенциальное) движение жидкости
- •2.3. Уравнения движения вязкой жидкости. Обобщенный интеграл Бернулли Уравнения и режимы движения вязкой жидкости
- •Некоторые решения уравнений Навье–Стокса
- •Интеграл Бернулли для потока весомой несжимаемой вязкой жидкости
- •3. Основы гидравлики
- •3.1. Гидравлические потери На распределенных и местных сопротивлениях Разделение гидравлических потерь
- •Потери напора по длине трубы
- •Потери напора на местных гидравлических сопротивлениях
- •3.2. Гидравлический расчет трубопроводов
- •Простой трубопровод постоянного сечения
- •Соединения простых трубопроводов
- •Расчет сложного трубопровода
- •Расчет газопроводов
- •Работа насоса на гидросистему
- •4. Истечение жидкости из отверстий и насадков. Нестационарные явления
- •4.1. Истечение жидкости из отверстий и насадков
- •Истечение из отверстия в тонкой стенке
- •Истечение через насадки
- •4.2. Нестационарные явления при течении жидкости в трубах Неустановившееся течение вязкой жидкости в жестких трубах
- •Кавитация
- •Гидравлический удар
- •5. Пограничный слой. Обтекание тел
- •5.1. Основы теории пограничного слоя Понятие о пограничном слое
- •Уравнения двумерного пограничного слоя
- •Течение Блазиуса
- •5.2. Устойчивость и отрыв пограничного слоя
- •5.3. Интегральный метод расчета пограничного слоя
- •Ламинарный пограничный слой
- •Турбулентный пограничный слой
- •Библиографический список
Истечение через насадки
Насадками называются короткие трубки, монтируемые, как правило, с внешней стороны резервуара таким образом, чтобы внутренний канал насадка полностью соответствовал размеру отверстия в тонкой стенке. Наличие такой направляющей трубки приводит к увеличению расхода жидкости при прочих равных условиях – следствие эффекта подсасывания, возникающего из-за дополнительного разрежения в отрывной зоне (затемненный участок на рис. 4.5).
Рис. 4.5. Схема истечения из насадка
По месту расположения насадки принято делить на внешние и внутренние. Внешние насадки более технологичны, что придает им преимущество. По форме исполнения насадки подразделяются на цилиндрические и конические, а по форме входа в насадок выделяют еще коноидальные насадки, вход жидкости в которые выполнен по форме струи.
1. Внешний цилиндрический насадок. Пусть истечение из насадка происходит во внешнюю среду с давлением . Тогда в зависимости от величины напора могут реализоваться два различных режима истечения.
а) Первый (безотрывный) режим – при , где – давление насыщенных паров истекающей жидкости. В этом режиме сечение выходящей струи и сечение отверстия одинаковы, а это значит, что коэффициент сжатия струи 1. Скорость истечения
. (4.6)
Отсюда при получаем 0.82. В общем случае
. (4.7)
Сравнивая коэффициенты расхода и скорости для насадка и отверстия в тонкой стенке, устанавливаем, что в безотрывном режиме насадок увеличивает расход и уменьшает скорость истечения.
б) Второй режим – при . В этом режиме, наоборот, расход падает (из-за сжатия струи), а скорость растет. Истечение становится точно таким же, как и из отверстия в тонкой стенке, с теми же значениями коэффициентов
2. Сходящиеся насадки. Если придать насадку форму конуса, сходящегося по направлению к его выходному отверстию, то такой насадок будет относиться к группе сходящихся конических насадков (рис. 4.6, а). Такие насадки характеризуются углом конусности . От величины этого угла зависят все характеристики насадков. Как коэффициент скорости, так и коэффициент расхода увеличиваются с увеличением угла конусности, при 13° достигается максимальное значение 0.94.
а б
Рис. 4.6. Насадки сходящиеся и расходящиеся (а), коноидальные (б)
При дальнейшем увеличении насадок начинает работать как отверстие в тонкой стенке, при этом продолжает увеличиваться, а начинает убывать. Область применения сходящихся насадков связана с теми случаями, когда необходимо иметь большую выходную скорость струи жидкости при значительном напоре (сопла турбин, гидромониторы, брандспойты).
3. Расходящиеся насадки. Вакуум в сжатом сечении расходящихся насадков (рис. 4.6, а) больше, чем у цилиндрических насадков, и увеличивается с возрастанием угла конусности, что повышает расход жидкости. Но с увеличением угла конусности расходящихся насадков возрастает опасность отрыва струи от стенок насадков. Потери энергии в расходящемся насадке больше, чем в насадках других типов. Область применения расходящихся насадков охватывает те случаи, где требуется большая пропускная способность при малых выходных скоростях жидкости (водоструйные насосы, эжекторы, гидроэлеваторы и др.)
4. Коноидальные насадки (сопла). В коноидальных насадках (рис. 4.6, б) вход в насадки выполнен по профилю входящей струи. Это обеспечивает уменьшение потерь напора до минимума. Так, значение коэффициентов и коноидальных цилиндрических насадков достигает 0.97…0.99.