Истечение жидкости из отверстий и насадок

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВО  «Уральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н.Ельцина»

Химико-технологический институт

Кафедра «Машины и аппараты химической технологии»

Отчет по лабораторной работе №7
«Истечение жидкости из отверстий и насадок»

Цель работы: экспериментальное определение коэффициента расхода при истечении жидкости из сосуда через отверстие и различные насадки; опытное определение времени опорожнения сосуда и сравнение его с теоретическим.

Теоретическая часть:

Отверстиям и насадкам, через которые происходит истечение жидкости, в зависимости от их назначения и требований, предъявляемых к струе вытекающей жидкости, придают различные формы.

При решении задачи о времени опорожнения сосуда, площадь поперечного сечения которого изменяется по высоте (например, при истечении из конических резервуаров, горизонтальных цистерн и т.п.), при интегрировании выражение dτ должна быть учтена зависимость площади сечения F0 от уровня Н жидкости, т.е. учтен вид функции F0 = f(H).

Исследование истечения жидкости из отверстий с острой кромкой показывает их малую пропускную способность. Наибольшее значение коэффициента расхода не превосходит α = 0,62. Пропускную способность можно значительно увеличить, если изменить форму отверстия. Например, если заставить жидкость вытекать через отверстие, у которого снята фаска, то коэффициент расхода при истечении воды увеличивается до 0,74.

[pic 1]

Рисунок 1. Отверстия с фазкой

Еще большего увеличения производительности можно достичь при истечении через короткие патрубки, называемые насадками.

[pic 2]

Рисунок 2. Типы насадок: а – внешняя цилиндрическая; б – коническая сходящаяся; в – коноидальная

1. Циллиндрическая внешняя насадка представляет собой циллиндрическую трубку длиной l = (3÷4)d, имеющую острую входную кромку. При протекании жидкости через более короткие насадки, особенно при больших напорах истечения, струя пролетает насадок, не касаясь его стенок. В этом случае истечение происходит, как у отверстия без насадки. Такое явление называется срывом истечения через насадок.

Жидкость, устремляясь в насадок из резервуара, уже внутри насадка в области входа образует сжатую струю, сечение которой благодаря острой входной кромке меньше сечения насадка. В дальнейшем струя расширяется и вытекает из насадка, имея сечение, равное площади сечения насадка. Это расширение стимулируется образованием вакуума в области наибольшего сжатия струи (наличие его можно обнаружить, если сделать в стенке насадка отверстие и присоединить к нему вакууметр). Расширение струи в насадке носит характер внезапного расширения и вызывает добавочные потери энергии по сравнению с потерями энергии при истечении из отверстия.

Таким образом, гидравлическое сопротивление при истечение жидкости через насадок обуславливает:

1. Потерю напора на внезапное сужение при входе жидкости из сосуда в насадок
2. Потерю напора на внезапное расширение струи от самого узкого сечения, образовавшегося при самосужении, до размеров патрубка
3. Потерю напора по длине насадка

Для уменьшения этих потерь длину циллиндрического насадка принимают не более трех-четырех диаметров отверстия. В результате этих потерь скорость истечения через насадок, по сравнению с истечением через отверстие, уменьшается. Одновременно, как указано, самосужение струи в насадке сопровождается образованием вакуума, что способствует расширению струи, т.е. увеличению коэффициента сжатия струи. Наличие вакуума обуславливает появление также эффекта всасывания насадка. По этим причинам коэффициент расхода и, следовательно, пропускная способность насадка увеличивается. Например, расход жидкости в циллиндрическом насадке по сравнению с простым отверстием того же диаметра увеличивается на 33%.