Истечение жидкости через отверстия и насадки

Общие сведения и основные характеристики истечения

Истечение жидкости из какого-либо резервуара может происходить через отверстия различных размеров и форм, насадки и короткие трубы в различных условиях.

На рис. 1 изображен резервуар, в вертикальной боковой стенке его имеется малое отверстие. Истечение из отверстия может быть при постоянном напоре Н и давлении на поверхности жидкости в резервуаре.

Рис. 1. Истечение жидкости из малого отверстия

Н — заглубление центра отверстия диаметром d под уровень свободной поверхности. Если Н и являются переменными во времени, истечение будет переменным, а движение жидкости станет неустановившимся.

Струя из отверстия может истекать в атмосферу или под уровень жидкости, когда вытекающая струя будет распространяться в каком-то другом резервуаре или сосуде, в котором находится жидкость.

При истечении в атмосферу отверстие будет незатопленным, так же как и струя, вытекающая из него. Когда истечение происходит под уровень жидкости, отверстие является затопленным.

Отверстие в резервуаре называется малым, если во всех точках отверстия давление можно считать практически постоянным. Поэтому скорости в разных точках живого сечения струи будут одинаковыми.

Обычно к малым отверстиям относятся такие, если диаметр или гидравлический диаметр для других форм отверстий.

Отверстием в тонкой стенке называется отверстие, когда толщина стенки резервуара не влияет на условия истечения струи. При истечении жидкости потери напора в этом случае практически аналогичны местным потерям в результате внезапного сужения потока. Обычно к отверстиям в тонкой стенке относят случаи, когда .

Струя жидкости при истечении из отверстия на расстоянии от входа резко сжимается. На этом расстоянии возникает сжатое сечение С-С (см. рис. 1), площадь живого сечения. Как показали опыты, расстояние до сжатого сечения составляет. Сжатие струи происходит в результате сил инерции, действующих на частицы жидкости, движущиеся по разным траекториям к самому отверстию. Частицы жидкости, обтекая кромки отверстия, имеют плавную траекторию движения и образуют поверхность струи на участке длиной, на котором имеет место резкое изменение течения. В сечении С-С происходит практически параллельно струйчатое течение, т. е. движение, когда линии тока жидкости параллельны друг другу. Эпюра скоростей в этом сечении весьма близка к прямоугольной форме. За сжатым сечением струя попадает под действие силы тяжести.

Коэффициент сжатия струи.

На сжатие струи влияют границы стенок, которые могут находиться достаточно близко к отверстию. Опытами установлено, что если расстояние от кромок и, то боковые стенки и дно резервуара не будут влиять на степень сжатия струи. Такое сжатие получило название совершенного сжатия.

При истечении воды из малых отверстий, как было установлено опытами, в случае совершенного сжатия .

Несовершенное сжатие происходит при несоблюдении условия, и сжатие струи уменьшается.

Большие отверстия — отверстия, в которых давления в пределах живого сечения существенно отличаются от давления на его границах. В связи с этим скорости в разных точках различны.

Насадками называют короткие трубы, присоединенные к стенке резервуара, если их длина (d — диаметр отверстия).