Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке

Истечение жидкости из отверстий и насадков

Отверстиям и насадкам, через которые происходит истечение жидкости в зависимости от их назначения, придают различные формы.

Иногда отверстие служит только для пропуска определенного расхода. В этом случае характер струи и форма отверстия часто не имеют существенного значения; при любой форме отверстия (круглое, прямоугольное и т.п.) всегда можно рассчитать его размеры так, чтобы оно обеспечило нужные условия. В других случаях характер и форма струи вытекающей жидкости является весьма важными элементами, определяющими качество струи. Например, струя, вытекающая из пожарного брандспойта, из гидромонитора, должна не только нести достаточное количество жидкости, но, кроме того, быть сильной и компактной на значительной части своей длины. Это требование может обеспечить не всякое отверстие.

В свою очередь компактная и сильная струя не может соответствовать условиям, при которых требуется распыленная струя: распыл топлива в двигателях внутреннего сгорания, искусственное дождевание, моечные устройства на заводах, автомобильных парках и т.п. Таким образом, требования, предъявляемые к отверстиям и их формам, различны. Этим объясняется широкое разнообразие форм отверстий и насадков, используемых в инженерном деле.

Малость отверстия соизмеряется отношением напора к диаметру. Отверстие считается малым, если Н>(5…10)d.

Тонкое отверстие не имеет толщины, т.е. отверстие с острой кромкой. струя, вытекающая из такого отверстия, преодолевает лишь местное сопротивление.

Рассмотрим характер истечения жидкости из резервуара через отверстие сечением _о в вертикальной стенке (рис.7.1).

к отверстию жидкость подтекает со всех сторон, поэтому в плоскости отверстия частицы движутся по криволинейным траекториям. Благодаря этому на расстоянии (0,5…1,0)d от стенки струя сжимается. Сжатие струи характеризуется коэффициентом сжатия ; ε = 0,64.

Рис. 7.1

Для определения скорости истечения применим уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. За живые сечения примем свободную поверхность жидкости в резервуаре 0-0 и сжатое сечение С-С. за плоскость сравнения примем горизонтальную плоскость 0`-0`, приходящую через центр сжатого сечения струи.

.

Напор назовем расчетным напором.

Тогда

.

Отсюда

или

, (7.1)

где φ – коэффициент скорости, . Для круглого отверстия φ = 0,97…0,98.

Расход жидкости, проходящей через отверстие:

.

Обозначив ε·φ = μ, получим формулу расхода жидкости при истечении через отверстие:

, (7.2)

где μ – коэффициент расхода отверстия, определенный опытным путем. Для малых отверстий μ = 0,60…0,62.

В зависимости от условий истечения различают совершенное и несовершенное сжатие струи, а также полное и неполное сжатие.

Отверстием с совершенным сжатием называют такое отверстие, границы которого достаточно удалены от стенок резервуара. Опытом установлено, что стенки резервуара влияют на сжатие струи только тогда, когда расстояние отверстия от боковой стенки или дна меньше 3d.

В случае совершенного сжатия сечение струи получается наименьшим и называется полным, т.е. струя сжимается со всех сторон. В других случаях - несовершенное сжатие.

Дата добавления: 2014-12-16