Истечение жидкости через отверстия, насадки при постоянном напоре

В гидравлике различают малые и большие отверстия Малым называют отверстие, размеры которого малы по сравнению с напором ( ). При истечении через малое отверстие в тонкой стенке (рис. 6.1, а) происходит сжатие струи, степень которого оценивается коэффициентом сжатия:

, (6.1)

где - площадь поперечного сечения струи;

- площадь отверстия.

Такое сжатие обусловлено движением жидкости от различных направлений, в том числе и от радиального движения по стенке, к осевому движению в струе.

Рисунок 6.1 – Отверстие и насадки

Насадки - это короткие патрубки длиной 3÷4 , приставляемые к отверстию для увеличения расхода или получения компактной дальнобойной струи (рис. 6.1). Они бывают цилиндрическими (рис. 6.1, б), коническими сходящимися (рис. 6.1, в) или расходящимися (рис. 6.1, г), коноидальными (очерченными по форме вытекающей струи рис. 6.1, д) и др.

Истечение через цилиндрический насадок в газовую среду может происходить в двух режимах.

Первый режим - безотрывный режим. При истечении струя, после входа в насадок сжимается примерно так же, как и при истечении через отверстие в тонкой стенке. Затем струя постепенно расширяется до размеров отверстия и из насадка выходит полным сечением.

Второй режим характеризуется тем, что струя после сжатия уже не расширяется, а сохраняет цилиндрическую форму и перемещается внутри насадка, не соприкасаясь с его стенками (рис. 6.2). Истечение становится точно таким же, как и из отверстия в тонкой стенке, с теми же значениями коэффициентов. Следовательно, при переходе от первого режима ко второму скорость возрастает, а расход уменьшается благодаря сжатию струи.

При истечении жидкости через малые отверстия в тонкой стенке и насадки при постоянном напоре скорость и расход жидкости, в общем случае, определяются по формулам:

, (6.2)

, (6.3)

где - коэффициент скорости;

- коэффициент расхода;

- геометрический напор над центром тяжести отверстия (рис. 6.3);

- площадь отверстия;

- давление на свободной поверхности жидкости, перед отверстием;

- давление в среде, куда происходит истечение;

- коэффициент скорости, равный:

, (6.4)

где - коэффициент кинетической энергии (Кориолиса);

- коэффициент сопротивления.

Рисунок 6.3 – Истечение из открытого резервуара в атмосферу

при постоянном напоре

При истечении из открытого резервуара в атмосферу (рис. 6.2) формулы (6.2) и (6.3) примут вид:

, (6.5)

. (6.6)

В общем случае коэффициенты , , зависят от числа Рейнольдса таблица 6.1.

Таблица 6.1

Тип отверстия или насадки	Значения коэффициентов
Отверстие в тонкой стенке	0,62	0,97	0,64	0,06
Цилиндрический насадок	0,82	0,82	1,00	0,50
Конический сходящийся насадок	0,94	0,96	0,98	0,06
Конический расходящийся насадок	0,45	0,45	1,00	3,94
Коноидальный насадок	0,97	0,97	1,00	0,05