Под каким давлением бьет струя воды из отверстия
Содержание статьи
Расчет истечения жидкости из отверстий и насадков
Содержание главы
- Истечение жидкости из отверстий
- Истечение жидкости из насадков
Примеры решений задач
Данные примеры задач, относятся к предмету «Гидравлика».
Задача #3411
Условие:
H d p 0 H p 0 p 0 d
Истечения жидкости из отверстий. Дать схему и описания истечения жидкости через круглое отверстие в тонкой стенке и через отверстие в толстой стенке.
Решение:
Задача #3412
Условие:
h 1 h 2 p 1 p 2 Q Q H
Сосуд разделен «глухой» перегородкой с затопленным прямоугольным отверстиям в ней высотой H = 0,3 м и шириной а = 0,1 м. Сосуд частично заполнен ацетоном с температурой 20 ℃. Коэффициент расхода ацетона через отверстия μ = 0,8. Уровень ацетона в левой части сосуда h2 = 2,5 м, а давления над свободной поверхностью p1 = 1,5 атм. Уровень ацетона в правой части сосуда h2 = 1,3 м, а давления p2 = 1 атм. Определить расход ацетона при 20 ℃, «подпитывающий» левую часть сосуда и вытекающий из правой части Q, обеспечивающий постоянство уровней и давления в обеих частях сосуда.
Решение:
Задача #3413
Условие:
H h d x
Из отверстия диаметром d = 0,4 см в тонкой стенке резервуара вытекает вода, имеющая температуру t = 18 ℃. Отверстие расположено на высоте h = 8 м над поверхностью земли. Постоянный напор воды в резервуаре H = 6 м. Определить расход и скорость истечения, а также расстояния x, на котором струя коснется поверхности земли.
Решение:
Задача #3414
Условие:
Из канала в водоприемник через трубу поступает вода расходом Q = 0,5 м3/с. Разность уровней h = 2 м, коэффициент расхода μ = 0,8. Определить диаметр трубы.
Решение:
Задача #3415
Условие:
При исследовании истечения через круглое отверстия диаметром d0 = 10 мм получено: диаметр струи d = 8 мм; напор Н = 2 м; время наполнения объема V = 10 л; t = 32,8 с. Определить коэффициенты сжатия ε, скорости φ, расхода μ и сопротивления ξ. Распределения скоростей по сечению струи принять равномерным.
Решение:
Задача #3416
Условие:
Бензин Q p вак Ж
Определить расход бензина через жиклер Ж карбюратора диаметром d = 1,2 мм, если коэффициент расхода жиклера µ = 0,8. Сопротивлениям бензотрубки пренебречь. Давление в поплавковой камере атмосферное. Дано разрежения (вакуум) в горловине диффузора pвак = 18 кПа, ρб = 750 кг/м3.
Решение:
Задача #3417
Условие:
x y H
Из резервуара, установленного на полу и заполненного жидкостью до высоты H, происходит истечение жидкости через отверстие в стенке. На какой высоте y должно быть отверстие, чтобы расстояние x до места падения струи на пол было максимальным? Определить это расстояние. Жидкость считать идеальной.
Решение:
Задача #3418
Условие:
p a p a 1 2 3 4 h
На рисунке изображена схема автомобильного карбюратора, которая обеспечивает обеднение смеси при большом разрежении в диффузоре 1 за счет того, что распылитель 2 кроме топлива через основной дозирующий жиклер 4 будет поступать воздух через трубку 3. Определить максимальный расход топлива Q без подсоса воздуха в распылитель, если высота жидкости в поплавковой камере h = 20 мм; диаметр жиклера 4 dж = 3 мм; коэффициент расхода μ = 0,8.
Решение:
Задача #3421
Условие:
H A B C E d D
Определить коэффициент сжатия струи при истечении из большого бака через внутренний цилиндрический насадок с тонкой стенкой, диаметр D которого мал по сравнению с напором H. Пренебрегать потерями напора и считать, что по стенкам AB и CE вследствие их удаленности от входа в насадок давление распределяется по гидростатическому закону.
Решение:
Задача #3422
Условие:
H 1 H 2 H 3 Б А В
На рисунке изображена схема устройства, известного под названием «Геронов фонтан». Трубы А и Б заполнены водой, а труба В — воздухом. Объяснить принцип действия и определить скорость истечения воды из насадка (сопла) этого фонтана, если размеры h2 = 24 м, H2 = 4 м, H3 = 0,4 м. Потерями напора в системе и весом воздуха в трубе B пренебречь.
Решение:
Задача #3423
Условие:
Сравнить расходы жидкости через отверстие с острой кромкой, внешний цилиндрический насадок и коноидальный насадок (сопло) одинакового диаметра d = 10 мм при одинаковом напоре истечения H = 5 м и двух значениях кинематической вязкости жидкости вязкостью ν = 1 и 1000 сСт.
Воспользоваться кривыми зависимости коэффициента расхода отверстия, насадка и сопла от числа Рейнольдса Re = d√(2gH)/ν.
Решение:
Источник
Истечение жидкости через насадки и отверстия
Отверстие принято считать малым, если его диаметр d (для круглых отверстий) или высота а (для прямоугольных отверстий) весьма малы по сравнению с напором Н. При этом условии скорости во всех точках сечения струи в плоскости отверстия практически одинаковы.
Под термином «тонкая» стенка следует понимать такую ее толщину, при которой она не оказывает влияния на характер истечения. Опытами установлено, что толщина стенки в этом случае не должна превышать 1-1,5 диаметра отверстия.
На расстоянии L~(0,5-l,0)d от плоскости отверстия образуется так называемое сжатое сечение струи с-с (рис. 1), в котором течение можно считать параллельно-струйным. Площадь сжатого сечения Sc = ε·S, где S — площадь отверстия; ε — коэффициент сжатия.
Сжатие струи может быть совершенным, несовершенным, полным и неполным. Совершенным сжатие будет в том случае, если боковые стенки и днище сосуда достаточно удалены от ближайшей точки контура отверстия и не влияют на характер истечения. Можно считать, что этот случай имеет место при неравенствах L1≥3а и L2≥3b (рис.2. I).
Если же это условие не соблюдается (рис. 5.2, II), то сжатие называют несовершенным. Полное сжатие струи — сжатие всестороннее, когда отверстие в достаточной мере удалено от боковых стенок и днища сосуда. Если же часть периметра отверстия совпадает с боковой стенкой или днищем сосуда (рис. 5.2, III), то сжатие струи называется неполным.
Скорость и расход жидкости при истечении
Скорость υ в сжатом сечении струи и расход жидкости Q определяются формулами:
где φ — коэффициент скорости, характеризующий уменьшение действительной скорости υ по сравнению с теоретической скоростью υт:
где ξ — коэффициент потери напора (сопротивления);
α — коэффициент Кориолиса, α = 1;
μ -коэффициент расхода: μ = εφ
Расчетный напор H
Скорость жидкости в резервуарах обычно принимается равной нулю. H0 — напор над центром отверстия; p 0 и p — соответственно давления на поверхности жидкости в резервуаре и в среде, куда вытекает жидкость через отверстие. Если истечение происходит из закрытого резервуара в атмосферу, числитель второго слагаемого представляет избыточное давление; при истечении в атмосферу из открытого резервуара второе слагаемое обращается в нуль.
Коэффициент расхода μ, коэффициент скорости φ, и коэффициент сжатия ε
Рисунок 3. График зависимости коэффициентов для круглого отверстия
Численные значения φ, ξ, ε и μ обычно определяются опытным путем и зависят от расположения отверстия относительно стенок резервуара, а также от критериев подобия, основным из которых является число Рейнольдса Re.
На рисунке 3 приведены графики зависимости μ, φ и ε и от Reт для круглого отверстия при совершенном и полном сжатии, построенные А. Д. Альтшулем. Кривая 1 — μ = f1(Reт); кривая 2 — φ = f2(Reт); кривая 3 — ε = f3(Reт).
Число Рейнольдса Reт подсчитано по теоретической скорости истечения:
Как видно из графика, при Reт → ∞ φ → 1, а ε → μ → 0,605.
Для маловязких жидкостей (вода, бензин, керосин), истечение которых обычно происходит при достаточно больших числах Рейнольдса (Re> 105), коэффициенты истечения меняются в сравнительно небольших пределах, поэтому в расчетах для случая совершенного сжатия можно принимать следующие их усредненные значения: ε = 0,64; ξ = 0,06; φ = 0,97; μ = 0,62.
Коэффициенты истечения практически не зависят от формы отверстия (круглое, прямоугольное и т. д.), но изменяются при закруглении входной кромки отверстия. При увеличении радиуса кривизны μ и ε увеличиваются.
Истечение жидкости из резервуаров может происходить также через различные типы насадков, например, цилиндрические и конические. В этом случае коэффициенты расхода и истечения можно определить по таблице.
Подробное видео по теме «Истечение жидкости через насадки и отверстия» приведено ниже.
Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.
Источник
§ 78. Расчет силы давления струи воды на препятствие
Практически очень важным является пример применения новой формы второго закона Ньютона для расчета сил давления на препятствия со стороны быстро текущей жидкости.
Подставьте ладонь под струю воды, вытекающую из полностью открытого водопроводного крана. Вы почувствуете довольно сильное давление струи на руку. Если вы попробуете подставить руку под струю воды, выходящую из пожарного брандспойта, то струя просто отбросит руку и может даже ее повредить (рис. 4.12).
Как возникает сила давления струи и как ее рассчитать?
Допустим, что площадь поперечного сечения струи воды, выбрасываемой из брандспойта, равна скорость воды плотность воды (рис. 4.13). Пусть струя падает на плоскую стенку по перпендикуляру. Определим силу, с которой струя будет давить на препятствие. Для этого сначала разберемся во всех процессах, которые происходят во время взаимодействия струи с препятствием.
Рис. 4.12.
Рис. 4.13.
Прежде всего заметим, что в течение каждой секунды до стенки успевают дойти и коснуться ее все те частицы воды, которые находились от стенки на расстоянии не больше чем (см. рис. 4.13). Следовательно, каждую секунду со стенкой будет взаимодействовать масса воды, заключенная в объеме, равном Так как плотность воды то эта масса будет равна Ясно, что в дальнейших расчетах необходимо учитывать то количество движения которое будет приносить к стенке именно эта масса, т. е.
После удара о стенку вода равномерно растекается во все стороны от места удара. Количество движения всей массы воды после удара будет слагаться из количеств движения частичек воды, уходящих от места удара в разные стороны.
Если какая-либо частица А уходит с некоторой скоростью и влево, то при равномерном растекании всегда найдется такая же частица В, которая с такой же по модулю скоростью будет уходить вправо (рис. 4.14). Количества движения таких частиц численно равны, но противоположны по направлению. Сумма количеств движения для этой пары частиц равна нулю. Так как для любой частицы воды после удара найдется такая парная ей частица, то можно утверждать, что полная сумма количеств движения всех частиц после растекания будет также равна нулю.
Рис. 4.14.
Другими словами, мы должны считать, что после удара о стенку полное количество движения воды становится равным нулю.
Таким образом, мы теперь знаем количество движения, которое имеет вода до взаимодействия со стенкой и после него. По известному изменению количества движения рассчитаем импульс, получаемый водой от стенки за одну секунду. По второму закону Ньютона:
Подставляя значения получим
Импульс, получаемый стенкой за ту же секунду, равен
(Знак в правой части уравнения изменился потому, что сила, действующая на стенку, направлена противоположно силе, действующей на воду.)
В § 77 отмечалось, что импульс силы за единицу времени численно равен самой силе. Учитывая это, запишем выражение для модуля силы, действующей на стенку со стороны струи воды:
Полученное выражение для силы действия струи воды на препятствие имеет очень важное значение.
Прежде всего обратим внимание на то, что эта сила очень быстро возрастает с увеличением скорости жидкости. Пользуясь полученной формулой, нетрудно рассчитать, например, что при скорости струя будет давить на каждый квадратный метр поверхности препятствия с силой (или При увеличении скорости до 20 м/с эти силы возрастают до т. е. при возрастании скорости только в 20 раз силы увеличились в 400 раз
Такая особенность действия быстротекущих вод явилась причиной многих природных явлений. Громадные овраги, русла и долины рек образовались благодаря разрушающему действию таких сил, создаваемых паводковыми водами. Размыв морских и озерных берегов производится такими же силами, возникающими при прибое. Эти же силы позволяют рекам транспортировать размытый ими грунт на большие расстояния. Об объеме работы, выполняемой реками с помощью этих сил, можно судить хотя бы по тому, что, например, количество взвешенных наносов, ежегодно переносимых Амударьей, равно 570 млн.
Отмеченные нами особенности обеспечили широкое использование этих сил в народном хозяйстве и промышленности. Приведем два наиболее часто встречающихся способа применения этих сил: в гидромониторах и турбинах.
Источник
ШколеNET
- Главная
- Вопросы & Ответы
- Вопрос 13932949
Васян Коваль
более месяца назад
Просмотров : 4 Ответов : 0
Ваш ответ:
Комментарий должен быть минимум 20 символов
Чтобы получить баллы за ответ войди на сайт
Лучшее из галереи за : неделю месяц все время
Вы можете из нескольких рисунков создать анимацию (или целый мультфильм!). Для этого нарисуйте несколько последовательных кадров и нажмите кнопку Просмотр анимации.
Другие вопросы:
Суррикат Мими
На какой широте находится северный полюс
более месяца назад
Смотреть ответ Просмотров : 3 Ответов : 0
Таня Масян
На какую высоту поднимается тело если его подбросить вертикально вверх со скоростью 1 м/с?
более месяца назад
Смотреть ответ Просмотров : 2 Ответов : 0
Онтонио Веселко
Пожалуйста помогите! Русский язык, тема с тире. Ставится ли тире :он() настоящий моряк
более месяца назад
Смотреть ответ Просмотров : 3 Ответов : 1
Мари Умняшка
Какое количество энергии надо затратить,чтобы воду массой 5 кг взятую при температуре 0°С,довести до кипения и испарить ее?
более месяца назад
Смотреть ответ Просмотров : 2 Ответов : 1
Васян Коваль
Пожайлуста!!! Уравнением! Зарание спасибо!
более месяца назад
Смотреть ответ Просмотров : 4 Ответов : 0 Картинок: 1
Источник