Скорость и расход истечения жидкости через отверстия и насадки. Формулы для расчета истечения жидкости из резервуара при постоянном напоре. Коэффициент расхода.

Истечение жидкости через насадки и отверстия

Отверстие принято считать малым, если его диаметр d (для круглых отверстий) или высота а (для прямоугольных отверстий) весьма малы по сравнению с напором Н. При этом условии скорости во всех точках сечения струи в плоскости отверстия практически одинаковы.

Под термином «тонкая» стенка следует понимать такую ее толщину, при которой она не оказывает влияния на характер истечения. Опытами установлено, что толщина стенки в этом случае не должна превышать 1—1,5 диаметра отверстия.

На расстоянии L~(0,5—l,0)d от плоскости отверстия образуется так называемое сжатое сечение струи с—с (рис. 1), в котором течение можно считать параллельно-струйным. Площадь сжатого сечения Sc = ε·S, где S — площадь отверстия; ε — коэффициент сжатия.

Сжатие струи может быть совершенным, несовершенным, полным и неполным. Совершенным сжатие будет в том случае, если боковые стенки и днище сосуда достаточно удалены от ближайшей точки контура отверстия и не влияют на характер истечения. Можно считать, что этот случай имеет место при неравенствах L1≥3а и L2≥3b (рис.2. I).

Истечение жидкости через насадки и отверстия
Рисунок 1. Истечение жидкости через насадки и отверстия
Типы насадок и скорость истечение
Рисунок 2. Расположение насадков

Если же это условие не соблюдается (рис. 5.2, II), то сжатие называют несовершенным. Полное сжатие струи — сжатие всестороннее, когда отверстие в достаточной мере удалено от боковых стенок и днища сосуда. Если же часть периметра отверстия совпадает с боковой стенкой или днищем сосуда (рис. 5.2, III), то сжатие струи называется неполным.

Скорость и расход жидкости при истечении

Скорость υ в сжатом сечении струи и расход жидкости Q определяются формулами:

Скорость истечения жидкости

где φ — коэффициент скорости, характеризующий уменьшение действительной скорости υ по сравнению с теоретической скоростью υт:

Коэффициент скорости при истечении жидкости из насадок

где ξ - коэффициент потери напора (сопротивления);
α - коэффициент Кориолиса, α = 1;
μ -коэффициент расхода: μ = εφ

Расчетный напор H

Напор жидкости при истечении

Скорость жидкости в резервуарах обычно принимается равной нулю. H0 — напор над центром отверстия; p 0 и p — соответственно давления на поверхности жидкости в резервуаре и в среде, куда вытекает жидкость через отверстие. Если истечение происходит из закрытого резервуара в атмосферу, числитель второго слагаемого представляет избыточное давление; при истечении в атмосферу из открытого резервуара второе слагаемое обращается в нуль.

Коэффициент расхода μ, коэффициент скорости φ, и коэффициент сжатия ε

График зависимости коэффициента истечения мю
Рисунок 3. График зависимости коэффициентов для круглого отверстия

Численные значения φ, ξ, ε и μ обычно определяются опытным путем и зависят от расположения отверстия относительно стенок резервуара, а также от критериев подобия, основным из которых является число Рейнольдса Re.

На рисунке 3 приведены графики зависимости μ, φ и ε и от Reт для круглого отверстия при совершенном и полном сжатии, построенные А. Д. Альтшулем. Кривая 1 — μ = f1(Reт); кривая 2 — φ = f2(Reт); кривая 3 — ε = f3(Reт).

Число Рейнольдса Reт подсчитано по теоретической скорости истечения:

Расчет числа Рейнольдса при истечении жидкости

Как видно из графика, при Reт → ∞ φ → 1, а ε → μ → 0,605.

Для маловязких жидкостей (вода, бензин, керосин), истечение которых обычно происходит при достаточно больших числах Рейнольдса (Re> 105), коэффициенты истечения меняются в сравнительно небольших пределах, поэтому в расчетах для случая совершенного сжатия можно принимать следующие их усредненные значения: ε = 0,64; ξ = 0,06; φ = 0,97; μ = 0,62.

Коэффициенты истечения практически не зависят от формы отверстия (круглое, прямоугольное и т. д.), но изменяются при закруглении входной кромки отверстия. При увеличении радиуса кривизны μ и ε увеличиваются.

Подробное видео по теме "Истечение жидкости через насадки и отверстия" приведено ниже.

Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.

Самые читаемые статьи в этом разделе!

Рекомендуем почитать!

Комментарии к этой статье!!

Иван 2020-04-13

Спасибо за статью! Познавательно!

Добавить Ваш комментарий

Введите сумму чисел с картинки
Код