Истечение жидкости через отверстие

Рис. 3.3. Истечение струи через малое отверстие

Струя жидкости на выходе из отверстия сначала сужается, затем становится цилиндрической или плавнорасширяющейся рис. 3.3. Наиболее узкого поперечного сечения (С – С) струя жидкости достигает на расстоянии равном примерного половине диаметра отверстия ( ). Сжатие струи обусловливается инерцией частиц жидкости, движущихся при подходе к отверстию по криволинейным траекториям.

Отношение площади поперечного сечения струи в наиболее узком ее сечении к площади отверстия S называется коэффициентом сжатия:

Величина потерь напора при истечении жидкости через отверстие (т.е. сопротивление отверстия)

где - коэффициент сопротивления отверстия.

- скорость истечения жидкости (в сжатом сечении С-С);

где величина называется приведенным напором;

и – давления, соответственно, на уровне свободной поверхности жидкости в резервуаре и в среде, в которую происходит истечение,

– высота столба жидкости над отверстием.

– коэффициент скорости, .

В частном случае истечения жидкости из открытого резервуара в атмосферу, т.е. когда , :

Расход жидкости через отверстие определяется по формуле:

Произведение коэффициентов называется коэффициентом расхода отверстия. Таким образом окончательно имеем:

Коэффициенты истечения: зависят от формы отверстия, его кромки, условий подхода жидкостей к отверстию и числа Рейнольдса:

где d – диаметр отверстия.

При числах все коэффициенты истечения можно считать не зависящими от числа Рейнольдса. Эта область чисел Re называется квадратичной. Режим течения струи в этой области – турбулентный.

При турбулентном режиме истечения жидкости через круглое отверстие в тонкой стенке ( ) коэффициенты истечения имеют следующие значения:

; ; ; .

3.9. Истечение жидкости через насадки.

Насадками называются короткие патрубки (обычно длиной 3 – 4d), приставляемые к отверстию в стенке резервуара или концу трубы с целью увеличения расхода или для получения более компактной струи.

В зависимости от конфигурации различают насадки: цилиндрические, конические сходящиеся и расходящиеся, коноидальные и составные рис. 3.4.

Рис. 3.4. Различные виды насадков

Рис. 3.5. Схема течения жидкости через насадок

В отличие от истечения из отверстий, в насадках сформировавшаяся струя на сравнительно большой длине взаимодействует с твердой поверхностью. При входе в насадок (например, цилиндрический) (рис. 3.5) благодаря острой входной кромке струя жидкости сначала сужается, а затем расширяется и вытекает из насадка полным сечением. На периферии участка сужения струи образуется водоворотная зона, в которой жидкость совершает понятно-вращательные движения. Вследствие сжатия струи в сжатом сечении С-С скорость жидкости больше, а давление, соответственно, меньше, чем на выходе из насадка. При истечении в атмосферу в сжатом сечении образуется вакуум. В результате возрастает полный действующий напор, складывающийся из напора над центром входного отверстия насадка и величины вакуума в сжатом сечении:

.

Это приводит к подсасыванию жидкости из резервуара, в результате чего при одинаковом напоре расход жидкости через насадок будет больше, чем через отверстие.

При истечении жидкости через насадки скорость и расход определяются по формулам:

,

,

где – скорость жидкости в выходном сечении насадка;

S – площадь выходного отверстия насадка.

- коэффициент скорости;

;

z_н - коэффициент сопротивления насадка.

Так как при истечении из насадка струя на выходе не сужается (истечение происходит полным сечением), то коэффициент сжатия струи на выходе из насадка .

Поэтому для насадков коэффициент расхода равен коэффициенту скорости:

.

Величина вакуума в сжатом сечении цилиндрического насадка равна:

.

Уменьшение давления в сжатом сечении насадка (т.е. увеличение вакуума ) возможно до давления насыщенных паров данной жидкости при данной температуре (т.е до давления закипания жидкости) . Предельное значение вакуума в сжатом сечении определяется по формуле:

.

Если величина вакуума достигает предельного значения, то происходит срыв режима работы насадка (срыв вакуума); струя отрывается от стенок насадка и истекает неполным сечением.

<9 10 111213 14 15 >

Дата добавления: 2021-09-25; просмотров: 414;

Поиск по сайту

Узнать еще