Тема 6 Истечение жидкости из отверстий и через насадки

Вопросы, связанные с истечением жидкости из резервуаров через отверстия и насадки в атмосферу или пространство, заполненное газом или той же жидкостью, имеют большое практическое значение.

Это движение жидкости характерно тем, что в процессе истечения запас потенциальной энергии, которым обладает жидкость в резервуаре, превращается с большими или меньшими потерями в кинетическую энергию свободной струи. Основным вопросом при этом является определение скорости и расхода вытекающей жидкости для различных форм отверстий и насадков.

Истечение жидкости может происходить при постоянном и переменном напоре. В первом случае движение жидкости считается установившимся.

Истечение жидкости может происходить в атмосферу и называется свободным истечением.

Истечение жидкости в другой резервуар, заполненный жидкостью, называется истечением под уровень или истечением через затопленное отверстие.

Виды отверстий

Отверстие считается малым, если его вертикальный размер, равный разности напоров действующих по верхней и нижней кромкам, не превышает 10% от напора, действующего по оси - . В противном случае, если разность напоров по верхней и нижней кромкам отверстия превышает 10%, отверстие считается большим.

Отверстие может располагаться в тонкой или толстой стенке.

Стенка считается тонкой в том случае, если её толщина не превышает трёх размеров отверстия и/или края имеют острую кромку, что исключает влияние толщины стенки на форму и условия течение струи (рис. 6.1 а, б).

Рисунок 6.1 – Истечение жидкости через круглое отверстие

Толстой считается стенка, толщина которой . Обычно этот термин не употребляется, т.к. характер истечения меняется и становится аналогичным истечению через насадок.

На подходе жидкости к отверстию траектории движущихся частиц имеют криволинейную форму, при этом в струе возникают центробежные силы, вследствие действия которых струя сужается, достигая наименьших размеров на расстоянии равном примерно половине диаметра отверстия. Степень сжатия струи оценивается коэффициентом сжатия - ε, равным отношению площади поперечного сечения струи в месте сжатия к площади отверстия, т.е.

                                                  .                                    (6.1)

Значение коэффициента сжатия зависит от характера сжатия, которое бывает совершенным и несовершенным, а также полным и неполным.

Если отверстие находится на значительном расстоянии от направляющих стенок резервуара и последние не оказывают влияния на сжатие струи, выходящей из отверстия, то сжатие называется совершенным (рис. 6.2, а – отверстие I).

Если стенки резервуара оказывают влияние на характер истечения, то сжатие называется несовершенным (рис. 6.2, а – отверстие II).

Отверстием с полным сжатием называется такое отверстие, в котором струя испытывает сжатие со всех сторон.

Отверстием с неполным сжатием называется такое отверстие, в котором струя не имеет сжатия с одной или нескольких сторон (рис. 6.2, б).

Если направляющие стенки резервуара не совпадают ни с одной из кромок отверстия, то наблюдается так называемое полное сжатие, в противном случае наблюдается неполное сжатие.

В обычных условиях при истечение воды из больших резервуаров через малое отверстие наблюдается полное совершенное сжатие, при котором значение коэффициента сжатия струи находится в пределах .