МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА» ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВИТРАТИ ПРИ ВИТІКАННІ РІДИНИ ЧЕРЕЗ ЗОВНІШНІ НАСАДКИ Методичні вказівки до лабораторної роботи № 7 з дисциплін "Технічна механіка рідин та газів", "Гідрогазодинаміка", "Гідравліка, гідро- та пневмоприводи" для студентів базових напрямів "Водні ресурси", "Будівництво", "Енергетика", "Автоматизація та комп’ютерно- інтегровані технології", "Інженерна механіка" Затверджено на засіданні кафедри гідравліки та сантехніки Протокол № 10 від 22. 01. 2004 р. Львів, НУ “ЛП” – 2004 Визначення коефіцієнта витрати при витіканні рідини через зовнішні насадки. Методичні вказівки до лабораторної роботи № 7 з дисциплін "Технічна механіка рідин та газів", "Гідрогазодинаміка", "Гідравліка, гідро- та пневмоприводи" для студентів базових напрямів "Водні ресурси", "Будівництво", "Енергетика", "Автоматизація та комп’ютерно- інтегровані технології", "Інженерна механіка". /Укладачі Б.С. Піцишин, А.Я. Регуш.– Львів: НУ “ЛП”, 2004. – 12 с. Відповідальний за випуск : В.М. Жук, канд. техн. наук, доцент Рецензенти : О.Т. Возняк, канд. техн. наук, доцент В.І. Желяк, канд. техн. наук, доцент МЕТА РОБОТИ Експериментальне визначення коефіцієнтів витрати при витіканні рідини через різні типи зовнішніх насадок при постійному напорі. Ознайомлення з явищем відриву струменя від стінок насадка. 1. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ Короткі трубки довжиною
, де
– внутрішній діаметр трубки, нази-вають насадками. Приєднання насадка змінює величину витрати і швидкість витікання порівняно із витіканням через отвір. Характер явищ, які спостерігаються при витіканні рідини через насадки, істотно змінюється в результаті спрямовуючої дії стінки на витікаючий струмінь. Основні типи насадок такі: зовнішні і внутрішні. За формою розрізняють: циліндричні, конічно збіжні (конфузорні), конічно розбіжні (дифузорні), коноїдальні та комбіновані. Розглянемо витікання рідини через зовнішній циліндричний насадок (рис. 1). При вході в насадок струмінь рідини стиску-ється, а далі розширю-ється і заповнює весь по-перечний переріз насад-ка. Тому коефіцієнт сти-снення струменя на ви-ході з насадка
, а коефіцієнт витрати до-рівнює коефіцієнту швидкості
. З рівняння Бернул-лі для перерізів 1 – 1 та 2 – 2 (рис. 1): Рис. 1. Розрахункова схема
,  (1)  де
– напір витікання;
– манометричний тиск на поверхні рідини;
– питома вага;
– швидкість витікання;
– коефіцієнт кінетичної енергії;
– втрати напору між вибраними перерізами, які в даному випадку складаються з втрат на вхід у насадок, на розширення стисненого струменя всередині насадка і втрат по довжині насадка. Втрати по довжині насадка є неістотними, тому їх не враховуємо. Тому:
,  (2)  де
– швидкість у стисненому перерізі;
– коефіцієнт опору отвору. Перший член залежності (2) представляє втрати на вхід у насадок, а другий – на розширення струменя. З рівняння нерозривності запишемо
,  (3)  де ε – коефіцієнт стиснення струменя в стисненому перерізі, який при витіканні з великими числами Рейнольдса визначаємо за формулою Кірхгофа :
. Після підстановки (3) у формулу (2) одержимо:
=
,  (4)  де
– сумарний коефіцієнт опору насадка. Таким чином, враховуючи (4), замість (1) отримаємо:
,  (5)  де
. Звідси швидкість витікання:
,  (6)  де
– коефіцієнт швидкості при витіканні крізь насадок. Витрата рідини
=
, (7)  де
– коефіцієнт витрати насадка. При витіканні з великими числами Рейнольдса можна знехтувати величиною
і тоді формула для сумарного коефіцієнту опору насадка набуває вигляду:
, і відповідно
При витіканні води приймають
,
. Якщо порівняти коефіцієнти витрати і швидкості для насадка і отвору в тонкій стінці, бачимо, що зовнішній циліндричний насадок збільшує витрату і зменшує швидкість витікання. При великих числах Рейнольдса
,
, де
, ...