Spuitstuk

'n Spuitstuk is 'n toestel wat ontwerp is om die rigting of eienskappe van 'n vloeistof se vloei te beheer (veral om snelheid te verhoog) as dit uit (of in) 'n ingeslote kamer of pyp gaan.

'n Spuitstuk is dikwels 'n pyp of buis van wisselende deursnitarea. Dit word gebruik om die vloeitempo, spoed, rigting, massa, vorm, en/of die druk van die stroom wat daaruit gaan te beheer. In 'n spuitstuk verhoog die snelheid van die vloeistof ten koste van sy drukenergie volgens die Bernoulli-beginsel.

Hierdie formule vir die snelheid deur 'n spuitstuk kan uit die Bernoullivergelyking afgelei word en soos volg uitgedruk word:

${\displaystyle v\quad =\quad k{\sqrt {2\Delta P \over \rho }}\quad =\quad k{\sqrt {2g\Delta h}}\qquad (k<1)}$

Waarː

• ${\displaystyle \Delta P}$ = Drukval oor die spuitstuk (Pa)
• ${\displaystyle \rho }$ = Digtheid van die vloeier deur die spuitstuk (kg/m³)
• ${\displaystyle v}$ = Snelheid deur die spuitstuk (m/s)
• ${\displaystyle k}$ = Hierdie konstante moet eksperimenteel bepaal word en is kleiner as een.

Hierdie formule geld slegs in die volgende twee gevalle:

1. Wanneer die viskositeit laer as 5 of 10 cP is (soos bv warm heuning). Water se viskositeit is 1 cP by 21 °C.
2. Wanneer die snelheid van die vloeier opstroom baie laer is as die snelheid deur die spuitstuk. Indien dit nie die geval is nie, dan moet dit gekorrigeer word deur die Bernoulli-beginsel.

Volgens die Bernoulli-beginsel is:

${\displaystyle {v^{2} \over 2}+gh+{P \over \rho }=\mathrm {konstant} }$

Waar:

• ${\displaystyle v}$ = snelheid in m/s
• ${\displaystyle P}$ = druk in Pa kg/(m.s²)
• ${\displaystyle g}$ = 9.81 m/s²
• ${\displaystyle h}$ = hoogte in meter
• ${\displaystyle \rho }$ = digtheid in kg/m³

Elke term se eenhede is dus m²/s²

Indien die vergelyking vir die inlaat en uitlaat kondisies gelyk gestel word (inlaatkondisies = 1, uitlaatkondisies = 2):

${\displaystyle {v_{2}^{2} \over 2}+gh_{2}+{P_{2} \over \rho _{2}}\quad =\quad {v_{1}^{2} \over 2}+gh_{1}+{P_{1} \over \rho _{1}}}$

Om vergelyking te kry vir snelheid in terme van die spuitstuk se inlaat druk:

${\displaystyle v=v_{2}}$            ${\displaystyle v_{1}=0}$ (inlaatsnelheid baie klein)            ${\displaystyle h_{1}=h_{2}}$           ${\displaystyle \Delta P=P_{2}-P_{1}}$ = drukval ook spuitstuk

Dan:

${\displaystyle {\frac {v^{2}}{2}}={\frac {\Delta P}{\rho }}\qquad \Rightarrow \qquad v={\sqrt {2\Delta P \over \rho }}}$

Indien die snelheid uitgedruk word in terme van hoogte van water in tenk:

${\displaystyle v=v_{2}}$            ${\displaystyle v_{1}=0}$ (inlaatsnelheid baie klein)            ${\displaystyle P_{1}=P_{2}}$ (beide atmosferies)

Dan:

${\displaystyle {\frac {v^{2}}{2}}=g\Delta h\qquad \Rightarrow \qquad v={\sqrt {2g\Delta h}}}$

Let daarop dat hierdie vergelykings slegs geld vir ideale toestande. Die snelheid sal effens kleiner wees weens wrywingsverliese. Daarom is 'n konstante kleiner as een nodig. Die konstante word eksperimeteel bepaal.

Vir nie-ideale toestande geld die volgende dusː

${\displaystyle v\quad =\quad k{\sqrt {2\Delta P \over \rho }}\quad =\quad k{\sqrt {2g\Delta h}}}$,           waar            ${\displaystyle k<1}$

Norman Lieberman ^[1] gebruik die volgende formule vir die drukval oor 'n spuitstuk:

${\displaystyle \Delta H=K\times v^{2}}$

Simbool	Beskrywing	Britse eenhede	Standaard eenhede
${\displaystyle \Delta H}$	Drukval oor spuitstuk	duim vloeistof	meter vloeistof
${\displaystyle K}$	Konstante	0.34 duim.s2/vt2	0.09296 s/m
${\displaystyle v}$	Snelheid deur spuitstuk	vt/s	m/s

Omskakeling van konstante

Die volgende wys hoe 'n mens die konstante van 0.34 in Britse eenhede omskakel na standaardeenhede:

${\displaystyle \Delta H=0.34\times v^{2}}$

${\displaystyle [duim]=0.34\times [vt/s]^{2}}$

${\displaystyle 0.34{\frac {duim.s^{2}}{vt^{2}}}=0.34\left[{\frac {duim.s^{2}}{vt^{2}}}\right]\times \left[{\frac {0.0254m}{duim}}\right]\times \left[{\frac {ft}{0.3048m}}\right]^{2}=0.09296{\frac {s}{m}}}$

Skakel Norman Lieberman konstante om na konstante in standaard formaat

${\displaystyle 0.09296v^{2}=\Delta h}$

${\displaystyle v={\frac {1}{\sqrt {0.09296}}}{\sqrt {\Delta h}}\quad =\quad {\frac {1}{\sqrt {2\times g\times 0.09296}}}{\sqrt {2g\Delta h}}}$

Dus isː

${\displaystyle k={\frac {1}{\sqrt {2\times g\times 0.09296}}}=0.74}$

${\displaystyle v\quad =\quad 0.74{\sqrt {2\Delta P \over \rho }}\quad =\quad 0.74{\sqrt {2g\Delta h}}}$

K & R Gieke ^[2] gebruik die volgende formulesː

Waar:

• ${\displaystyle P}$ = Druk in Pa
• ${\displaystyle v}$ = Uitlaat snelheid in m/s
• ${\displaystyle {\dot {V}}}$ = Volumevloeitempo in m³/s
• ${\displaystyle \rho }$ = digtheid in kg/m³
• ${\displaystyle A}$ = Deursnitarea van spuitstuk of gat in m²
• ${\displaystyle C_{d}}$ = Uitlaatkoëffisiënt ${\displaystyle C_{d}=C_{c}\times C_{v}}$
• ${\displaystyle C_{c}}$ = Kontraksiekoëffisiënt
  • ${\displaystyle C_{c}}$ = 0.62 vir skerp kante
  • ${\displaystyle C_{c}}$ = 0.97 vir goed geronde kante
• ${\displaystyle C_{v}}$ = Snelheidskoëffisiënt ${\displaystyle C_{v}=0.97}$
• ${\displaystyle b}$ = Wydte van gat (m)
• ${\displaystyle F}$ = Reaksiekrag (N)

Opening aan die onderkant ${\displaystyle v=C_{v}{\sqrt {2gH}}}$ ${\displaystyle {\dot {V}}=C_{d}A{\sqrt {2gH}}}$
Klein opening aan die kant ${\displaystyle v=C_{v}{\sqrt {2gH}}}$ ${\displaystyle s=2{\sqrt {Hh}}}$ ${\displaystyle {\dot {V}}=C_{d}A{\sqrt {2gH}}}$ ${\displaystyle F=\rho {\dot {V}}v}$
Groot openinge aan die kant ${\displaystyle {\dot {V}}={\frac {2}{3}}C_{d}b{\sqrt {2g}}\left(H_{2}^{3/2}-H_{1}^{3/2}\right)}$
Druk op die oppervlak van die vloeistof ${\displaystyle v=C_{v}{\sqrt {2\left(gH+{\frac {P}{\rho }}\right)}}}$ ${\displaystyle {\dot {V}}=C_{d}A{\sqrt {2\left(gH+{\frac {P}{\rho }}\right)}}}$
Vloeistof by druk ${\displaystyle v=C_{v}{\sqrt {2{\frac {P}{\rho }}}}}$ ${\displaystyle {\dot {V}}=C_{d}A{\sqrt {2{\frac {P}{\rho }}}}}$

• Bernoullibeginsel
• Vloeimeetskyf
• Pitotbuis
• Sif

• Wikimedia Commons het meer media in die kategorie Spuitstuk.