Аннотация

Аннотация

Исследовано влияние относительной длины питателя на его гидравлическое сопротивление, скорость жидкости в нем и характер истечения жидкости.

Полный текст

В гидравлике трубы делятся на длинные и короткие. Для длинной трубы учитываются только потери по длине, для короткой трубы – как потери по длине, так и местные потери. Насадком называется весьма короткая напорная труба, при гидравлическом расчете которой следует пренебрегать потерями напора по длине; необходимо учитывать только местные потери напора. Эта напорная труба на всем своем протяжении (в том числе в выходном сечении) должна быть полностью заполнена жидкостью. Длина насадка обычно равна 3,5 – 7 его внутренним диаметрам. Если относительная длина насадка меньше то длина насадка оказывается недостаточной, чтобы в ее пределах струя успела расшириться до полного сечения, и расход жидкости из насадка падает [1, с. 394]. В литниковых системах (ЛС) относительная длина питателя (насадка) может быть и больше 7, и меньше 3, и равной 3–7. Нужно исследовать влияние на характеристики ЛС. Экспериментальная ЛС (рис. 1) состоит из литниковой чаши, стояка, коллектора и питателя. Для измерения напора жидкости в сечении 6–6 коллектора установлен пьезометр – стеклянная трубочка внутренним диаметром 4,5 мм и длиной 370 мм. Внутренний диаметр чаши 272 мм, высота воды в чаше 103,5 мм. Продольные оси коллектора и питателя находятся в одной горизонтальной плоскости. Уровень жидкости – расстояние по вертикали от сечения 1–1 в чаше до продольных осей коллектора и питателя – поддерживался постоянным путем непрерывного доливания воды в чашу и слива ее излишков через специальную щель в чаше: м. Отверстие в питателе окончательно получали с помощью развертки: мм. Чтобы исключить влияние механической обработки на точность размеров, длину питателя уменьшали фрезерованием. Длина питателя составляла 4,5–81 мм, относительная длина питателя Результаты исследований приведены в таблице. Фотография процесса истечения жидкости из питателя длиной 4,5 мм показана на рис. 2: при такой длине жидкость выливается не перпендикулярно продольной оси коллектора, а под углом ~ 30º к ней. Рис. 1. Литниковая система Рис. 2. Истечение воды из питателя длиной 4,5 мм () Коэффициент местного сопротивления поворота из коллектора в питатель и изменения площадей сечений потока до и после поворота, приведенный к скорости жидкости в питателе vп, подсчитываем по следующей формуле [2]: где – ускорение свободного падения, м/с2; – напор в сечении 6–6, м; – коэффициент неравномерности распределения скорости по сечению потока (коэффициент Кориолиса), [1, с. 108]; – удельный вес жидкости, Н/м3; – скорости жидкости в питателе, м/с; – коэффициент потерь на трение, [3]; – длина коллектора от сечения 6–6 до продольной оси питателя, м; м; – гидравлический диаметр коллектора, м; м, и – площади поперечных сечений питателя и коллектора, м2. Влияние длины питателя на характеристики литниковой системы Длина питателя , мм Относительная длина питателя Напор , мм Скорость воды в питателе , м/с Коэффициент местного сопротивления питателя 81 9 321,5 1,939 0,346 63 7 320,3 1,952 0,379 49,5 5,5 315,5 1,948 0,354 45 5 315,0 1,997 0,350 36 4 314,8 2,025 0,340 27 3 313,5 2,121 0,243 18 2 313,3 2,045 0,365 9 1 323,4 ~ 1,7 ~ 1 4,5 0,5 323,3 ~ 1,7 ~ 1 Как видно, с уменьшением длины питателя в 3 раза, с 81 до 27 мм, скорость жидкости возросла с 1,939 до 2,121 м/с, на 9,4 %, а коэффициент сопротивления питателя снизился с 0,346 до 0,243, на 30 %. При длине питателя 18 мм скорость жидкости немного уменьшилась (на 3,6 %), а коэффициент сопротивления увеличился в 1,5 раза. При длине питателя 9 и 4,5 мм скорость упала на 15 %, однако питатель работал не полным сечением, а в виде кольца жидкости толщиной около 1 мм. Следовательно, подсчитать скорость и коэффициент сопротивления можно весьма условно. При получена максимальная скорость истечения жидкости из питателя, несмотря на то что в [1, с. 394] утверждается, что при < питатель работает не полным сечением, а скорость истечения минимальная. Коэффициент при уменьшении с 9 до 4 практически не меняется – – как и должно быть, так как вход из коллектора в питатель остается неизменным. В случае меняется режим течения, скорость истечения растет, а необъяснимо падает с 0,340 до 0,243. Дальнейшее уменьшение ведет к росту и падению скорости жидкости в питателе. И использование питателей с < нецелесообразно. Коэффициент при мм, мм и Если увеличить до 30,08 мм, то а При и мм . А в [1, с. 392] говорится, что Это примерно соответствует потерям напора на вход в питатель + потери на трение И следовательно, в насадках потери на трение учитываются, вопреки тому, что написано в [1]. Всего было изготовлено около 60 питателей с dп = 4...24 мм, dк = 9...315 мм и, соответственно, разными [4, 5]. Использовали насадки только круглого поперечного сечения, так как насадки некруглого поперечного сечения невозможно сделать одинаковыми. Входная кромка из коллектора в питатель не закруглялась. Изменяли от 93 до 1084 мм. И для отношения (типичный насадок) = 0,30, что значительно меньше величины 0,5, приводимой в литературе. Попробуем понять, откуда взялось число 0,5. В учебниках (см., например, [1, с. 192]) и справочниках по гидравлике приводится формула для определения коэффициента внезапного сужения, который зависит от соотношения площадей живого сечения (большее сечение) и (меньшее сечение): Сомножитель 0,5, по-видимому, определен по экспериментальным данным. А если вход в трубу происходит из сосуда большого размера, то а Ошибка в этом переходе, нельзя было его делать. Следовало экспериментально определить коэффициент сопротивления насадка. По-видимому, надо вносить исправления и в определение понятия «насадок», и в расчет его местного сопротивления. Таким образом, исследовано влияние длины питателя на истечение жидкости. При уменьшении относительной длины питателя с 9 до 3 сопротивление питателя уменьшается, а скорость истечения жидкости из него растет. При меньшей относительной величине питателя процесс становится неустойчивым, питатель работает неполным сечением, коэффициент сопротивления питателя увеличивается, а скорость истечения жидкости значительно уменьшается. Приводимые в литературе данные об истечении из насадка (питателя) учитывают на самом деле не только потери в местном сопротивлении входа, но и потери на трение по длине насадка.