Порядок проведения работы

1. Заполнить расходный бак 2 водой и поддерживать в нем

постоянный уровень.

2. Открыть пробку, закрывающую отверстие и замерить:

- для определения коэффициента сжатия струи ε размеры

струи в сжатом сечении в двух взаимно перпендикулярных плос-

костях с помощью штангенциркуля:

- для определения коэффициента скорости φ координаты æ и

у нескольких произвольных точек струи с помощью линейки:

- для определения коэффициента расхода μ заполнение 5 л

воды в мерном бачке за время t:

3. Наблюдать инверсию струи при истечении воды из тре-

угольного отверстия.

4. Подачу воды в расходный бак прекратить, открыть отвер-

стие и определить время понижения уровня С₂Н₁ до Н₂. Площадь

поперечного сечения расходного бака Ω = 0,28 м²

5. Определить значения:

- коэффициента сжатия струи из формулы (6.1);

- коэффициента расхода из выражения (6.6);

- коэффициента скорости из формулы (6.11);

- теоретическое время понижения уровня воды по формуле

(6.17)

Запись и обработка опытных данных

Напор Н= , м

Диаметр отверстия d = , м

Площадь отверстия ω о = π d ² / 4, м²

Площадь поперечного сечения резервуара Ω = , м²

6.5. Контрольные вопросы

1. Какая взаимосвязь между коэффициентом сжатия ε, скоро-

сти φ и расхода струи?

2. Почему при неполном сжатии струи коэффициенты расхода

больше, чем при полном сжатии?

3. Когда возникает инверсия струи?

4. Как влияет на истечение жидкости ее вязкость?

РАБОТА 7. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ НАСАДКИ

Цель работы: -определение коэффициента расхода и потерь

внешнего цилиндрического, внутреннего цилиндрического, ко-

нически расходящейся и коноидальной насадок;

- измерение вакуума во внешней цилиндрической насадке и

наблюдение срыва вакуума;

- наблюдение за характером струй, вытекающих из насадок.

Теоретические положения

Насадкаминазываются короткие трубы (патрубки) длиной

l=(3-4)d (d – внутренний диаметр патрубка), приставленные к

отверстию в тонкой стенке. Различают три основных типа наса-

док: цилиндрические, коническиеи коноидальные.

Цилиндрические насадкиразделяются на внешние (насадки

Вентури) и внутренние (насадки Ворда). Конические насадки

могут быть сходящимисяи расходящимися.

При истечении жидкости через любые насадки, так же, как и

при истечении через отверстия, используя уравнение Бернулли,

можно получить расчетные формулы скорости и расхода:

где φ – коэффициент скорости;

(7.1.)

(7.2.)

Н – напор над центром насадки;

ω – площадь выходного сечения насадки;

µ – коэффициент расхода.

Коэффициент φ, так же как и при истечении через отверстия,

определяется выражением:

(7.3.)

где
ξ– коэффициент потерь насадки.

Коэффициенты µ, φ, ε имеют различные значения в зависи-

мости от типа насадки.

Внешняя цилиндрическая насадка (рис. 7.1, б). При движении

жидкости внутри насадки (рис. 7.2), как и при истечении через

малое отверстие в тонкой стенке, струя вначале несколько сжи-

мается (dсж= 0,8d), в дальнейшем постепенно расширяется. У вы-

хода насадка работает полным сечением (коэффициент сжатия

ε = 1). Так как в сжатом сечении струи скорость больше, чем в

выходном сечении насадки (ν _сж>ν), то при истечении в атмосфе-

ру, согласно уравнению Бернулли, давление в сжатом сечении

меньше атмосферного (P _сж>P _ат), т.е. в сжатом сечении струи

внутри насадки образуется вакуум. Если к насадке в сжатом се-

чении подключить

max

вакуумметр, то высота поднятия в нем

жидкости Н_вак=0,7 Н.

Образование вакуума внутри насадки способствует дополни-

тельному подсасыванию жидкости из резервуара А, в виду чего

пропускная способность насадки (расход Q) больше пропускной

способности отверстия того же размера при одинаковом напоре.

Если трубка вакуумметра окажется короче Н вак, то насадок

начнет «подсасывать» жидкость также из сосуда Б. На этом явле-

нии, например, основано устройство так называемых водоструй-

ных насосов.

При напоре больше предельных (для воды при Т=20 ⁰С,

Н _пред. =13 м) в цилиндрических насадках происходит интенсив-

ное парообразование, приводящее к срыву вакуума. При этом

струя открывается от внутренней поверхности насадки и истече-

ние происходит, как из малого отверстия в тонкой стенке. Наса-

док в этом случае, разумеется, не оправдывает своего назначения.

Эффект, аналогичный описанному, может быть получен и в

том случае, если трубку вакуумметра извлечь из сосуда Б, т.е.

внутрь насадки впустить воздух.

Внутренняя цилиндрическая насадка (7.1, а). Если цилиндри-

ческую насадку присоединить к стенке резервуара изнутри, то

насадка будет называться внутренним. В этой насадке, так же как

и во внешнем, при протекании жидкости образуется вакуум, спо-

собствующий увеличению расхода.

Коническая сходящаяся насадка (7.1, б). Коэффициенты рас-

хода µ, скорость φ, потерь ξ и сжатия ε зависят от угла

конусности Θ. При Θ= 13 ⁰ 24 / насадка обладает более высокими

гидравлическими показателями. В этом случае скорость в сжатом

сечении струи примерно равна скорости в выходном сечении (νсж.

= ν), вакуум в насадке практически не образуется.

Коническая расходящаяся насадка (рис. 7.1, г). Определен-

ный угол конусности этих насадок Θ = 5-7 ⁰ .

Благодаря большому относительному сжатию струи внутри

насадки образуется вакуум значительно больше, чем во внешней

цилиндрической насадке.

Насадка обладает большой пропускной способностью, неже-

ли насадки, рассмотренные выше, при малой скорости выхода

струи.

При Θ >8 ⁰ происходит срыв вакуума. Предельны напор для

данной насадки меньше, чем для внешней цилиндрической на-

садки.

Коноидальная насадка (рис. 7.1, д). В коноидальных насадках

входная часть выполнена в форме струи, вытекающей из отвер-

стия. При такой форме насадки сжатие струи внутри него отсут-

ствует, сопротивление движению будет минимальной, вследствие

чего обеспечиваются наиболее высокие коэффициенты расхода

скорости по сравнению с другими насадками. В таблице приве-

дены средние значения коэффициентов для различных типов на-

садок, рассмотрение которых позволяет проанализировать каж-

дый тип насадки с точки зрения его эксплуатационных качеств.

Примечание:Значение всех приведенных коэффициентов

относятся к выходному сечению насадок.

Как видно из таблицы, для всех насадок, кроме конически

сходящейся, пари выходе коэффициент сжатия ε =1, поэтому

µ= ε
φ = φ

(7.4)

Рис.7.1. Насадки:

а-внутренний цилиндрический, б-внешний цилиндрический, в - конический

расходящийся, г - конический сходящийся, д - коноидальный.

 

 

Рис.7.2. Схема к определению вакуума во внешнем

Цилиндрическом насадке

Рис.7.3. Схема установки для исследования насадок

(обозначения рис. 6.4)

43

Насадки широко применяются в различных областях техни-

ки. Так, конически расходящиеся насадки применяются в водо-

струйных насосах, эжекторах, инжекторах, в качестве отсасы-

вающих труб гидравлических турбин – во всех случаях, где тре-

буется получение большого вакуума, большого расхода и малой

скорости выхода струи. Конически сходящиеся насадки исполь-

зуются в качестве сопел гидромониторов и активных гидравличе-

ских турбин, наконечников пожарных брандслойтов и т.д. Отли-

чительной особенностью этих насадок является то, что струя,

вытекающая из них, обладает компактностью, большой дально-

стью отлета, большим запасом кинетической энергии.

7. 2. Описание опытной установки (рис. 7.3.)

Вода по трубопроводу 1 подается в расходный бак 2. Посто-

янный уровень воды в нем и устанавливающийся режим истече-

ния поддерживается сбросным трубопроводом 4 и контролирует-

ся мерной трубкой 3. В боковой стенке бака установлен блок на-

садок 5. Насадки закрываются запорным устройством 6.

При проведении опытов струя из насадок попадает в под-

ставленный мерный бочок 7 или сливной бак 8, откуда по кана-

лизационному трубопроводу вода сливается в нижний бак.

Диаметр отверстия насадок 11 мм.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: