Исследование истечения жидкости через внешние цилиндрические насадки с учетом влияния геометрической формы входа и некоторых других факторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Комлев, А. Ф.

• Комлев, А. Ф.
• 1969

Оглавление диссертации Комлев, А. Ф.

В в е д е и и е

Глава первая. Литературный обвор работ по вопросам истечения жидкости черев внешние ци- ~ линдрические насадки .°

Гяава вторая.

§ 1. Критериальные уравнения расхода Жидкости черев внешние цилиндрические насадки при совершенной и не совершен-ном сжатии .°°

§2. Экспериментальные установки и 4Я методика исследования.°

§ 3. Выбор оптимальных диаметров насадков

Вывода

Глава третья» Истечение хидкости при совершенном сжатии потока черев внешние циливдрические насад- 55 ки большой длины

§ 1. Истечение хидкости черев насадки большой длины при ни8ких числах Рей- 55 нольдса.

§ 2. Истечение хидкости черев насадки большой длины при высоких числах Рейнольдса (кавитационное истечение)

• •. •

Вывода .**

Глава четвертая. Влияние геометрической форш и размеров входной части насадка на процесс истечения хвдкости. ^

§ 1. Истечение хидкости черев внешние цилиндрические насадки равличной длины с острой входной кромкой .^ а) заполненное истечение б) срывное истечение

Вывода

§ 2» Истечение хидкости черев внешние циливдрические насадки равличной длины Qs~ с радиальным входом. УЭ

Срывное истечение

Выводы.

§ 3. Истечение жидкости через внешние цилиндрические насадки различной длины 1Л с конусной Формой входа". 1UJ>

Срывное истечение

Выводн.

Глава пятая. Учет различных факторов, влияющих на ггооцесс истечения жидкости черев внеш- too ние цилиндрические насадки

§ 1. Влияние цилиндрических колец, уста- 1QQ новленных перед входом в насадок.

Выводы.

§ 2. Влияние чистоты механической об-работки внутренней поверхности насадка на процесс истечения жидкости . lcJU

§ 3. Распределение давления жидкости по длине насадка . 1с5°

§ 4. О влиянии экранов на коэффициент расхода внешних цилиндрических насад-ков

Выводы

Гцава шестая.Некоторые примеры практического приложения результатов исследования

§ 1. Определение пропускной способности дорожных труб

§ 2. Расчет струйных форсунок.

§ 3. Регулирование поливных струй в 1C-R водовыпусках системы ГОМС . .1ЭЭ

§ 4. Усворение слива вязких нефтепродуктов из железнодорожных цистерн 1ЭО

§ Использование насадков при гидромониторном способе разрушения горных пород. l0tC

Л и т е р а т у р а

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование истечения жидкости через внешние цилиндрические насадки с учетом влияния геометрической формы входа и некоторых других факторов»

Внешние цилиндрические наоадки по сравнению о отверстиями в тонкой стенке дают существенное увеличение пропускной способности, поэтому они находят широкое применение в гидротехнической практике и различдах областях промышленности.

Так, например, насадки используются в распылителях для диспергирования жидкости в ректификационных колоннах при экстракции различных веществ растворителями [S3], в бурении при гидромониторном способе разрушения горных пород [38,43,90], в пневматических лубрикаторах [68], в сельскохозяйственной поливной технике [69], в качестве водомерных и сливных устройств [46,80].

В авиационной технике с истечением жидкости через насадки приходится сталкиваться при рассмотрении подачи топлива в камеры сгорания газотурбинных и жидкостно-ракетных двигателей [63]

В двигателях внутреннего сгорания, подача горючего через жиклеры топливных систем, так же представляет собой истечение жидкости через насадки [64].

Многие элементы гидротехнических сооружений такие, как всасывающие трубы ГЭС, трубчатые спуски в плотинах, водопропуск-ше трубы в насыпных дорогах и др. по характеру гидравлических явлений в них аналогичны насадкам [31] . Следовательно, для уяснения работы подобных устройств, необходимо изучение их гидравлических характеристик.

Основным вопросом, который интересует исследователей является определение скорости истечения и расхода жидкости, протекающей через насадки различной форш. В ряде работ [25,40,85, 115] приводятся экспериментальные значения коэффициентов расхода внешних цилиндрических насадков с острой входной кромкой, причем эти данные немногочисленны и противоречивы. В работах [18,19,20,21,22] даются более полные характеристики, но и здесь влияние форш входной кроши насадков (кроме острой), совершенно не исследуется.

В настоящей работе делается попытка обобщить имеющиеся материалы и разработать теоретические предпосылки на базе экспериментального изучения истечения жидкости через насадки с различной формой входа в широком диапазоне чисел Рейнольдса. В исследовании рассматриваются основные факторы, влияющие на характер истечения,как то: напор и вязкость жидкости, относительная длина насадков, форма и размеры входной части. Устанавливается влияние чистоты механической обработки внутренней поверхности насадка на коэффициент расхода жидкости. Изучается, получаемое путем установки экранов и колец перед входом в насадок, несовершенное сжатие потока и его влияние на коэффициенты расхода. Рассматривается распределение давлений жидкости по длине насадка. Результаты исследований обработаны в критериальной форме и представлены в виде формул и графиков. В работе приведены так же примеры практического приложения полученных результатов.

Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору ГЕЛЛЕРУ 8.И. за оказание помощи в разработке методики проведения экспериментов и за критические замечания по отдельным разделам диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Комлев, А. Ф.

выво д ы

1. При низких Яег насадки с большей относительной длиной конусной части имеют повышенные значения Здесь,как и для насадков с радиальным входом, сопротивление цилиндрической ча-сти (—г)значительно уменьшает энергию потока жидкости. о В

2. В насадках, у которых ^>10 и не возникает срыв вакуума, но при высоких числах Рейнольдса ( £er> 104) их коэффициентырасхода уменьшаются.

3. Чем меньше относительная длина конусной части —' и чем короче насадок, тем раньше наступает автомодельность /и по чис> И лу Рейнольдса и тем длин^е участок автомодельности.

4. Как и следовало ожидать,насадки с малой длиной цилиндри-чеокой (конические „> и уГлоМ коН„и А близким к 13 имеют при высоких числах Рейнольдса ( Rer & 10 )

6 £ повышенные значения ju. Так у насадка с -^г=0,95 ( =0,05) о и J5 =10 коэффициент расхода больше,чем для таких же насадков, но с J =30°, 60° и 90°.

5. При низких числах коэффициент расхода насадков тем выше, чем больше угол конусности, т.е. чем меньше сопротивление трения входной части, которое имеет существенное значение именно для низких чисел Re? . Этим можно объяснить то,что для на £ о садков с радиальным и конусным входом при — = (^ * 30 и — -const ) коэффициент расхода(при «1000) последних выше.

6. Конические насадки с углом конусности JS > 10° имеют преимущество перед насадками с цилиндрической частью при ^^«1000, для более высоких чисел предпочтительны насадки с цилиндрической частью.

7. Пункты 2,3,4,6 и 7 выводов к § 2 полностью могут быть перенесены в данный параграф.

В результате изучения вопросов истечения жидкости через насадки с различной формой входа, можно сделать весьма важный вывод: при низких числах Рейнольдса /^.<1000 решающим фактором, влияющим на коэффициент расхода, является сопротивление трения (чем больше потери по длине насадка, тем ниже ^ ).При высоких же Rer величина коэффициента расхода в основном зависит от сопротивления входной части насадка.

Глава пятая

УЧЕТ РАЗЛИЧШХ ФАКТОРОВ, ВЛШШМХ НА ПРОЦЕСС ИСТЕЧЕМ ЯВДОСГИ ЧЕРЕЗ ВНЕ1ШИЕ ЦШЦЦРИЧЕСЕШЕ НАСДЩИ

§ 1. Влияниецилиндри^

5хо д о м на с а док

На рис.5-1 показана система кольцо-насадок,через которую происходит истечение жидкости в атмосферу. Такая система, при определенных размерах колец, может вызвать несовершенное сжатие струи в насадке. Сжатие потока называется несовершенным, если на него влияют близость стенок сосуда, из которого происходит истечение, или какие либо другие факторы (кольца,экраны перед входом). При несовершенном сжатии сечение струи в наиболее сжатом месте потока оказывается большим, чем при совершенном сжатш с{*

Будем рассматривать лишь случаи когда ^ 1,0.

В главе 4, § 1 было установлено, что для ламинарного течения, коэффициент местного сопротивления острого входа в насадок описывается уравнением (4.11), имеющим вид

Где величиной 0,7 характеризуется сопротивление,вывванное сжатием и последующим расширением потока жидкости внутри насадка при совершенном сжатии. Для случая несовершенного сжатия эта величина,которую обозначим /77, должна быть иной (в данном случае меньше). Тогда потери, вызванные сопротивлением входа в насадок при наличии кольца,выразятся уравнением

5.1)

Коэффициент расхода системы кольцо-насадок в соответствии с (4.2) и с учетом (5.1) при В будет равен

Л = / е 1е—W?^ ' (5>2)

Обозначим а*т-с, тогда последняя формула примет вид, соответствующий уравнению (4.37), т. е.

Re oL ' Re

Решение уравнения (5.3) относительно ju при Re = julRst будет представляться форь-гулой

I (5.3)

Г jс + +

Как показали эксперимент а ль ше исследования, для ламинарного режима движения, влияние геометрических размеров колец, весьма незначительно, для стабилизированного потока ( ^=64), опредее ляемого параметром Re^lOO » следует принимать коэффициент 0=2,16. В этом случае значение коэффициентов расхода будут такими же, как и в случае совершенного сжатия при истечении через насадки с острой входной кромкой.

Для нестабилизированного ламинарного потока, когда

В В

100-^-/^-3000^ и § =85,независимо от формы входной ча-сти насадка, необходимо брать 0=1,60 при ^^2,6 и "^->0,2; во всех других случаях 0=1,7, как для совершенного сжатия.

Несовершенное сжатие за счет цилиндрических колец наиболее четко проявляется для турбулентного режима движения, когда Rer* 3000^ • Здесь в результате взаимодействия струи и кольк 4

Рис. 5-1. Схема насадка с кольцом. к

1

1 3

Т

3 Як

U4

О о.б r,o tf /,0 щ,*

О*77гтосс4тт*ьъbrJt, Sumtvemya тм^цп,

Рис. 5-2. Зависимость от относительных размеров колец. dK вк , ца, определенных размеров и -g может быть достигнут малый коэффициент сопротивления входного участка. Установка перед насадком цилиндрического кольца; соответствует более плавному втеканию жидкости, в результате чего уменьшается степень сжатия потока и увеличивается коэффициент расхода. для турбулентного режима движения можно определять по формуле

Л V, • r ; ъззе е • 1*- + ъс+ ке?" и

5.5) где сс - коэффициент распределения скоростей по сечению, принимается в соответствии с графиком рис.4-8; f - коэффициент сопротивления входного участка системы, зависящий от геометрических размеров колец.

На рис.5-2 приводятся зависимости построенные на основании соответствия расчетных и экспериментальных значений уи.

Как показывают графики рис.5-2,оптимальшми размерами кольца, при котором коэффициент сопротивления принимает наименьшее значение СД = 0,12}должны бить ' —=1,0-1,5 и -^=1,3--1,4 (по опытам Ханжонкова [89] получены следующие параметры : ^=0,25 и #=1,3). г d

Увеличение длины колец (^■>1,5)и диаметра (^г»2,6)ведет к увеличению коэффициента сопротивления, что уменьшает коэффициент расхода и, следовательно, применение таких колец является нецелесообразным. В подтвгервдение полученных результатов нами были проведены опыты на насадках с кольцами, фотографии которых показаны на рис.5-1а. Насадки принимались с острой кромкой, пиО О I 9 I I i Я

О W I I ф л

Й х Со Л линдрической формы,диаметром сечения 10 мм и относительной £ длиной 2^=3,0. Размеры колец, устанавливаемых на входе в насадок, приведены в таблице 5-1.