Истечение жидкости через отверстия и насадки. Классификация отверстий и основные характеристики истечения

Истечение жидкости через отверстия и насадки (короткие отрезки труб разных форм поперечного сечения) достаточно часто решаемая в инженерной практике задача – слив жидкости из резервуаров, баков, котлов в отрытую емкость через затопленное или незатопленное отверстие (рис. 10.1).

Рис. 10.1

Основной вопрос, на который нужно найти ответ – как определить расход жидкости и какой будет скорость истечения жидкости через отверстие или насадок?

Аналогичные вопросы возникают при изучении явлений, которые происходят в отверстиях малого диаметра и щелях контрольной, регулирующей и распределяющей аппаратуры гидравлических систем.

В гидравлике различают истечение через отверстия в тонкой и толстой стенках, истечение с совершенным сжатием, когда границы резервуара не влияют на движение струи жидкости, истечение с несовершенным сжатием, когда влиянием стенок резервуара на процесс истечения пренебрегать нельзя.

Тонкой называют стенку, толщина которой не влияет на форму вытекающей струи. При истечении жидкости через отверстие в тонкой стенке возникают только местные потери напора, как при внезапном расширении потока.

Истечение через отверстие в толстой стенке можно рассматривать как истечение через насадок (короткий отрезок трубы, длина которого не превышает пяти диаметров).

Сжатие струи

При вытекании жидкости из резервуара через отверстие в тонкой стенке, при диаметре отверстия существенно меньше размеров резервуара, на некотором достаточно близком расстоянии от стенки ( ), сечение С-С на рис. 9.2, образуется так называемое сжатое сечение, где диаметр струи будет наименьшим, а линии тока будут практически параллельными. Далее струя падает под действием силы тяжести. Так как размеры резервуара много больше размеров отверстия, свободная поверхность жидкости и стенки резервуара не оказывают влияния на направление входа жидкости в отверстие, то сжатие струи оказывается наибольшим и называется совершенным. Характеризуется процесс сжатия струи коэффициентом сжатия

,

(10.1)

где ─ площадь и диаметр отверстия в тонкой стенке;

─ площадь и диаметр совершенно сжатой струи.

В том случае, когда отверстие располагается вблизи стенок резервуара и они оказывают влияние на вход жидкости в отверстие, струя на выходе из отверстия сжимается в меньшей степени. Изменяется, естественно, и коэффициент сжатия струи (рис. 10.2).

Рис. 10.1

Рис. 10.2

Определяется коэффициент сжатия струи экспериментально и для отверстий небольшого диаметра ( , где H – полный напор на входе в отверстие) в случае совершенного сжатия , тогда как для больших отверстий зависит от числа Рейнольдса и других факторов.