Истечение жидкости из отверстий и насадков

Скорость истечения из отверстия Конечные потоки жидкости, неограниченные твердыми стенками называются струями.

Различают:

истечение из отверстия в тонкой стенке (d>2д);

истечение из отверстия в тонкой стенке (d<2д);

истечение из малого отверстия (H>10d), где H-напор истечения;

истечение из большого отверстия (H<10d);

совершенное и несовершенное истечение;

Совершенное истечение наблюдается, если стенки сосуда не оказывают влияние на течение жидкости в окрестности отверстия.

Для определения скорости истечения напишем уравнение Бернулли для сечений 1−1 и 2−2 относительно плоскости 0−0:

В нашем случае: Н₁=Н; P₁=P₂=P_a; V₁=0; H₂=0; тогда.

Потерю напора в отверстии представим так:

.

(13.1).

где = ц — коэффициент скорости истечения. Сечение 2−2 взято из условия, что в нем жидкость течет параллельно — струйно. Наиболее близко расположенное к отверстию сечение струи, в котором наблюдается параллельно-струйное течение, называется сжатием сечения струи (S_с).

Расход жидкости через отверстие будет:

Q=V· S_с (13.2).

Сжатое сечение трудно измеримо, поэтому вводят понятие коэффициента сжатия:

.

где Sфактическая площадь сечения отверстия.

Где м_р= ец — называют коэффициентом расхода жидкости.

Скорость и расход жидкости через насадки Насадками называют короткие патрубки, профиль которых подобран для получения заданных свойств струи.

Скорость и расход определяют по формулам (13.2) и (13.3). Коэффициенты скоростей и расхода определяют опытным путем.

Характерным для насадков является то, что кроме местных гидравлических сопротивлений добавляется сопротивление по длине канала насадка.

Истечение жидкости из большого отверстия В случае большого отверстия в тонкой стенке сосуда неравномерностью напора по сечению отверстия нельзя пренебрегать. Поэтому для определения расхода нужно применять метод интегрирования.

Элементарный расход через сечение dS=xdz составит:

(13.4).

т. е. необходимо дополнительно знать закон изменения ширины отверстия с глубиной.

Полный расход через отверстие равен:

(13.5).

Траектория полета струи.

Если пренебрегать сопротивлением воздуха, то каждая частица жидкости в струе будет испытывать только силу тяжести. Поэтому уравнение траектории в параметрической форме может быть записано в виде:

(13.6).

Решая совместно уравнение (13.6), находим уравнение траектории в явной форме:

(13.7).

Так как U=Vcosб, х=Vsinб, то.

(13.8).

Приравнивая (13.8) к нулю, так как на оси Х-b; y=0, можно найти наибольшую дальность боя струи вдоль оси Х-b :

Таким образом, максимальная дальность боя струй вдоль оси Х-b наблюдается при б=45⁰. Сопротивление воздуха уменьшает дальность боя, а оптимальный угол уменьшается (?32⁰).