Главным вопросом, что интересует при изучении законов истечения жидкости, есть определение расхода жидкости и скорости истечения для разных форм отверстий и насадков.
Отверстия дробят на малые и громадные. Отверстие считается малым, в случае если напор превышает 10 громаднейших вертикальных размеров отверстия. Отверстием в узкой стенке вычисляют отверстие, толщина стены ? которого не превышает диаметр отверстия d.
Скорость струипри истечение через отверстие в узкой стенке определяется по формуле
, (7.1)
где
– расчетный напор;
— коэффициент местного сопротивления.
Расход жидкости определяется как произведение настоящей скорости истечения на фактическую площадь сечения струи. Благодаря сжатия струи, площадь ее сечения меньше площади отверстия. Степень этого сжатия учитывается посредством коэффициента сжатия:
где Sс и Sо — площади отверстия и поперечного сечения струи соответственно; dс и dо — отверстия и диаметры струи соответственно.
(7.2)
Довольно часто вместо расчетного напора H применяют перепад давления
, тогда
(7.3)
Траекторией оси струи именуют ось струи жидкости, вольно падающей по окончании истечения через отверстие. Координаты оси струи х и у связаны между собой соотношениями
Значения коэффициента сжатия ?, сопротивления ?, скорости ? и расхода ? при истечении жидкости через отверстие в узкой стенке определяются числом Рейнольдса. Для маловязких жидкостей (вода, бензин, керосин), истечение которых происходит при больших числах Рейнольдса (Re 105), коэффициенты истечения фактически не изменяются (? = 0,64, ? = 0,065, ? = 0,97, ? = 1 и ? = 0,62).
При истечении жидкости под уровень расход и скорость определяются по таким же формулам, но коэффициенты истечения немного меньше, чем при свободном.
Внешний цилиндрический насадок воображает маленькую трубку, приставленную к отверстию снаружи, или отверстие с диаметром в 2 и более раз меньше толщины стены. Истечение через таковой насадок в газовую среду может происходить в двух режимах: безотрывном и отрывном.
При безотрывном режиме струя по окончании входа в насадок сжимается приблизительно равно как и при истечении через отверстие в узкой стенке, после этого неспешно расширяется до размеров отверстия из насадка выходит полным сечением.
Коэффициент расхода ? зависит от относительной длины насадка l/d и числа Рейнольдса. Так как на выходе из насадка диаметр струи равен диаметру отверстия, то коэффициент сжатия ? = 1, следовательно, ? =? =0,82, а коэффициент сопротивления ? = 0,5.
Отрывной режимхарактеризуется тем, что струя по окончании сжатия уже не расширяется, а сохраняет цилиндрическую форму и перемещается в насадка, не соприкасаясь с его стенками. Истечение делается совершенно верно таким же, как и из отверстия в узкой стенке, с теми же значениями коэффициентов.
Внешний цилиндрический насадок имеет значительные недочёты: на первом режиме — громадное сопротивление и не хватает большой коэффициент расхода, на втором — низкий коэффициент расхода. Он бывает существенно улучшен методом закругления входной кромки либо устройства конического входа.
Внутренний цилиндрический насадок воображает маленькую трубку, приставленную к отверстию изнутри. В этом случае вероятны те же режимы истечения с другими значениями коэффициентов: ? = 1, ? = 0,71 и ? ? ? = 0,5 при первом и втором режимах, соответственно. Коэффициенты истечения из разных насадков представлены в приложении 10.
При истечении жидкости при переменном напоре довольно часто требуется выяснить время наполнения либо опорожнения резервуара.
При отсутствия притока жидкости для резервуаров с постоянной площадью свободной поверхности
время частичного опорожнения через отверстие
(7.4)
где
,
— уровни жидкости в начальный и конечный моменты времени;
— площадь горизонтального сечения резервуара (площадь поверхности жидкости в резервуаре);
— площадь сечения отверстия.
Время полного опорожнения определятся по формуле
(7.5)
где
— количество жидкости в резервуаре в начальный момент времени;
расход жидкости в начальный момент времени.
Урок гидравлики — 03 — Истечение жидкости
