Истечение жидкости через отверстия и насадки

Основными величинами, характеризующими истечение жидкости через отверстия и насадки, являются: скорость в сжатом сечении, расход жидкости, напор, под действием которого происходит истечение.

Скорость истечения жидкости V через отверстия насадки определяется по формуле:

(4.1)

где – напор, при котором происходит истечение.

Если то

j – коэффициент скорости, учитывает местные потери напора в на-
садке.

Расход жидкости при истечении определяется из выражения:

(4.2)

где m – коэффициент расхода, учитывает потери напора и степень сжатия струи.

Значение коэффициентов местного сопротивления, сжатия, скорости и расхода для насадков различной формы приведены в приложении 15.

В практике пожарного дела часто используются упрощённые выражения для определения Q и H₀.

(4.3)

где p – проводимость насадка;

(4.4)

где S_н – сопротивление насадка.

Значение сопротивлений и проводимостей насадков приведены в приложении 16.

Время опорожнения или наполнения резервуара при постоянном напоре можно определить по формуле

(4.5)

где t – время опорожнения, с;

W – объём резервуара, м³;

Q – расход жидкости при истечении м³/с.

Время полного опорожнения резервуара при переменном напоре

(4.6)

где W начальный объём резервуара, м³;

Q – расход жидкости при начальном напоре, м³/с.

Задачи

4.1. Определить скорость и расход воды, выходящей из отверстия диаметром 35 мм под давлением 3×10⁵ Па. Коэффициент скорости j = 0,97, коэффициент расхода m = 0,62.

4.2. Определить напор у насадка диаметром 13 мм, необходимый для получения струи с расходом 2,5 л/с.

4.3. Определить напор у насадка диаметром 50 мм, необходимый для получения струи с расходом 60 л/с.

4.4. Определить напор у внутреннего пожарного крана диаметром 50 мм, оборудованного непрорезиненным рукавом длиной 20 м и стволом с насадком диаметром 13 мм, необходимый для получения струи с расходом 3 л/с.

Решение. Необходимый напор у пожарного крана определяется как сумма потерь напора в рукаве и напора у насадка.

Потери напора в непрорезиненном рукаве

Напор у насадка

Тогда

4.5. Определить необходимый напор у внутреннего пожарного крана диаметром 65 мм, оборудованного непрорезиненным рукавом длиной 20 м и стволом с насадком диаметром 19 мм. Расход воды составляет 5 л/с.

4.6. Определить возможный расход воды от пожарного крана диаметром 50 мм, оборудованного непрорезиненным рукавом длиной 20 м и стволом с насадком диаметром 16 мм, если гарантированный напор у пожарного крана составляет 20 м.

4.7. Определить возможный расход воды от пожарного крана диаметром 65 мм, оборудованного непрорезиненным рукавом длиной 20 м и стволом с насадком диаметром 19 мм, если гарантированное избыточное давление в баке гидропневматической установки 4,2×10⁵ Па. Пожарный кран расположен на высоте 20 м относительно уровня бака пневматической установки, потери напора во внутренней сети 5 м.

4.8. Определить при каком гарантированном напоре в наружной водопроводной сети на вводе в здания будет обеспечен расход 2,8 л/с от пожарного крана диаметром 50 мм. Пожарный кран оборудован непрорезиненным рукавом длиной 20 м и стволом с насадком диаметром 16 мм, расположен на высоте 25 м. Потери напора во внутренней сети 6 м.

Решение. Гарантированный напор в наружной водопроводной сети должен обеспечить подъём воды к пожарному крану, преодоление потерь напора во внутренней сети и в рукаве, создание необходимого напора у на-
садка.

Потери напора в рукаве

Необходимый напор у насадка

Тогда

4.9. Пожарное водоснабжение высотных зданий предусматривает питание пожарных кранов от водонапорных баков до включения пожарных насосов. Определить минимальную высоту расположения водонапорного бака до ближайшего крана пожарного диаметром 65 мм, оборудованного непрорезиненным рукавом длиной 20 м и стволом с насадком 19 мм, чтобы обеспечить начальный расход 3,5 л/с. Потери напора во внутренней сети до ближайшего пожарного крана 1 м.

4.10. Определить минимальный напор у пожарного насоса, обеспечивающего работу внутренних пожарных кранов театрального здания, если самый удаленный пожарный кран диаметром 65 мм расположен на высоте 20 м и оборудован непрорезиненным рукавом длиной 10 м и стволом с насадком диаметром 19 мм. Производительность струи 6,3 л/с. Потери напора во внутренней сети 7 м.

4.11. Давление в наружной водопроводной сети пожарного водопровода до включения пожарных насосов поддерживается от водонапорной башни, высота которой 35 м. Определить, какой можно получить расход на уровне земли, если забор воды осуществляется через колонку московского образца по одной прорезиненной рукавной линии диаметром 66 мм и длиной 100 м, ствол имеет насадок диаметром 19 мм.

4.12. Определить необходимый напор у гидранта пожарного водопровода высокого давления. Высота самого высокого здания предприятия, на крышу которого подняты стволы с насадками диаметром 19 мм, составляет 25 м. Подача воды от колонки, установленной на гидранте, осуществляется по непрорезиненной рукавной линии диаметром 66 мм и длиной 120 м. Расход воды из ствола должен быть не менее 5 л/с.

4.13. По данным задачи 4.12 определить, какой должен быть расход воды из ствола при испытании пожарного водопровода высокого давления, если стволы расположены на уровне земли.

4.14. Определить необходимый напор у гидранта пожарного водопровода высокого давления, если высота самого высокого здания на предприятии составляет 35 м. Каков при этом должен быть расход воды при расположении ствола на уровне земли? Остальные данные для решения задачи взять из условия задачи 4.12.

4.15. Подобрать стандартный насадок для ствола внутреннего пожарного крана, если необходимо получить расход не менее 3 л/с. Гарантированный напор перед насадком составляет 15 м. Коэффициент расхода m = 0,98. Определить действительный расход для выбранного насадка.

4.16. Подобрать стандартный насадок для ствола внутреннего пожарного крана, если необходимо получить расход не менее 6 л/с. Гарантированный напор перед насадком составляет 28 м. Коэффициент расхода m = 0,98. Определить действительный расход для выбранного насадка.

4.17. Цилиндрический резервуар диаметром 4 м и высотой 6 м имеет у дна отверстие диаметром 100 мм. Определить время полного опорожнения резервуара, если коэффициент расхода отверстия m = 0,62.

4.18. Определить время аварийного опорожнения резервуара с нефтью через внешний цилиндрический насадок диаметром 200 мм. Диаметр резервуара 10 м, высота слоя нефти 8 м.