Типы насадков. Коэффициент расхода отверстий и насадков

Насадки — короткие трубки (патрубки) длиной L = (2 — 5)d (d - внутренний диаметр насадка).

Типы насадков

Основные типы насадков: цилиндрические (внешние и внутренние); конические (сходящиеся и расходящиеся); коноидальные; комбинированные. Для всех насадков формулы скорости и расхода при истечении в атмосферу, как и для случая истечения из малого отверстия имеют вид:

где Н — расчетный напор, определяемый выражением H = H₀ + (P₀ - P) / γ S — площадь выходного сечения; φ — коэффициент скорости; μ - коэффициент расхода.

Цилиндрические и конические насадки

В цилиндрических и конических расходящихся насадках при истечении в атмосферу возможны два режима. При первом режиме истечения благодаря наличию внутри насадков сжатого сечения с—с (см. рисунок 1) образуется вакуум, величина которого характеризуется вакуумметрической высотой h_вак.

Рисунок 1

Для внешнего цилиндрического насадка при истечении в атмосферу из открытого резервуара h_вак = 0,75Н. Предельная величина вакуума h_{вак.пред} в сжатом сечении ограничена значениями атмосферного давления и давления насыщенных паров р_н.п., которое зависит от рода жидкости и температуры. Для холодной воды, например, р_н.п. близко к нулю, поэтому при нормальном атмосферном давлении:

При значениях H, близких к H_пред. нарушается сплошность движения, внутри насадка возникает кавитация; при H > H_пред. происходит срыв потока, струя отрывается от внутренней поверхности насадка, и наступает второй режим истечения; истечение при этом происходит так же, как через отверстие в тонкой стенке.

Для истечения при первом (безотрывном) режиме необходимо соблюдение условия H < H_пред.

При истечении через внешний цилиндрический насадок под уровень (см. рисунок 2) h_вак = 0,75Н — H_пред.. При этом первый режим истечения не отличается от описанного выше, когда истечение происходит в атмосферу. Когда же абсолютное давление внутри насадка вследствие увеличения напора И уменьшается до давления насыщенных паров, наступает кавитационный режим истечения, при этом расход перестает зависеть от давления на выходе из насадка, т. е. возникает эффект стабилизации расхода.

Рисунок 2

Коэффициент расхода

Коэффициент расхода μ внешнего цилиндрического насадка при безотрывном режиме зависит от относительной длины насадка L/d и числа Рейнольдса.

Рисунок 3

На рисунке 5 приведены опытные кривые зависимости р от Re_т, подсчитанного по теоретической скорости истечения для разных значений L/d. На основании приведенных кривых может быть рекомендована следующая эмпирическая формула для коэффициента расхода р при безотрывном режиме истечения:

Минимальная относительная длина насадка L/d, при которой имеет место безотрывный режим истечения, примерно равна единице.

При больших числах Рейнольдса, а также при истечении маловязких жидкостей (вода, бензин, керосин) коэффициент расхода р может быть принят постоянным, не зависящим от Re и в среднем равным μ = 0,82.

Внешние цилиндрические насадки (сверления в толстой стенке) рекомендуется улучшать путем устройства конического входа длиной L = d с углом 60 грд. Это позволяет повысить коэффициент μ до 0,88—0,92 и увеличить H_пред.

Все насадки по сравнению с отверстиями в тонкой стенке при равных напорах H и одинаковых значениях площади S обладают большей пропускной способностью Q. Коноидальный насадок (сопло) и конический сходящийся насадок обладают к тому же и большей выходной скоростью, а следовательно, большим запасом кинетической энергии.

Конические насадки

Конические расходящиеся насадки применяются в тех случаях, когда желательно иметь большой расход при заданном минимальном диаметре и малых выходных скоростях. Лучшие результаты в этих случаях дает комбинированный насадок, представляющий соединение коноидального насадка (сопла) и диффузора. Приставка диффузора к соплу приводит к снижению давления в наиболее суженном сечении насадка и, следовательно, к увеличению скорости и расхода жидкости через него. При том же диаметре узкого сечения, что у сопла, и том же напоре комбинированный насадок по сравнению с соплом может дать увеличение расхода более чем в два раза. Однако применение комбинированных насадков возможно лишь при небольших напорах (Н = 2 — 4 м). При более высоких напорах в суженном сечении насадка возникает кавитация, что приводит к увеличению сопротивления и уменьшению расхода.

Коэффициенты истечения для различных типов насадков

В таблице приведены усредненные значения коэффициентов истечения для различных насадков, рассчитанные по выходному их сечению при безотрывном режиме движения и больших числах Рейнольдса (Re > 10⁴).

Подробное видео про типы насадков и коэффициент расхода отверстий и насадков приведено ниже.