Сопла
- 26.02.13, 01:42
a) в атмосферу (и в жидкость) с малой скоростью; б) в атмосферу с большой скоростью; в) в жидкость (под уровень) с большой скоростью; 1-1 — сечение, соответствующее наибольшему сжатию струи; 2-2 — сечение струи на выходе из насадка.
Также, как и при истечении из отверстия в тонкой стенке, в начале насадка струя испытывает сжатие из-за радиальной компоненты скорости вытекающей в отверстие жидкости. При этом у стенок насадка образуется область пониженного давления. Однако затем по мере продвижения струя под действием этого пониженного давления расширяется, заполняя всё внутреннее сечение насадка, и давление выравнивается.
Очевидно, что при повышении давления в резервуаре P0 пониженное давление P1 довольно быстро может стать отрицательным, т.е. ниже давления вакуума. Поскольку такое состояние физически невозможно, то в этот момент происходит изменение режима истечения жидкости — он прекращает быть безотрывным и отрывается от внутренних стенок насадка на всём протяжении его длины. При этом в образовавшуюся щель поступает наружный воздух, заполняющий область между струёй и внутренними стенками насадка (хотя вследствие эжекции воздуха струёй давление там всё равно будет ниже, чем в свободном пространстве у выхода насадка).
Если условия для возникновения режима отрыва от стенок появляются при истечении струи через затопленный насадок, область разрежения, конечно, не заполняется воздухом. Вместо этого там возникают кавитационные явления. То же самое может происходить и в случае истечения через слишком длинный насадок (трубу).
В простейшем случае сопло представляет собой цилиндрический или конический патрубок, один конец которого присоединён к источнику жидкости или газа, а из другого истекает струя.
Примерами гидравлических сопел могут служить ствол пожарного брандспойта
- С возрастающей к выходу кривизной профиля. По результатам непосредственного измерения статического давления по длине и радиусу сопел и в струе, качественный вид линий тока в нём аналогичен отверстию в тонкой стенке, траектория струек имеет параболическую форму (показано справа от сопла №1).
- Короткое коноидальное. С традиционной точки зрения, обеспечивает наибольший расход жидкости (а следовательно, и скорость) по сравнению с другими профилями при прочих равных условиях.
- Ступенчатое. Средний по длине угол раствора конуса такой же, как и у гладкого конического сопла №4. С традиционной точки зрения, ещё более ухудшить условия истечения струи и получить большее гидравлическое сопротивление сопла, не уменьшая явно его просвет, можно, пожалуй, лишь создавая противоток жидкости внутри сопла.
- Гладкое коническое. С традиционной точки зрения, имеет оптимальный внутренний профиль для обеспечения максимальной кинетической энергии струи на больших дистанциях. Поэтому именно так обычно изготавливают наконечники шлангов, пожарных брандспойтов, гидромониторов и прочих устройств, где необходимо получить максимальную силу и дальность струи.
