Тема 4. Истечение через отверстия и насадки.

Истечение жидкости через отверстие может происходить при постоянном и переменном напоре. Если истечение жидкости через отверстие происходит в атмосферу или другую газовую среду, то такое отверстие называется незатопленным. Если же истечение идет под уровень, а не в атмосферу – затопленным.

Сжатие называется неполным, если при подходе к отверстию поток с одной или нескольких сторон не испытывает сжатия.

Сжатие называется полным (совершенным), если расстояние от любой стороны контура до свободной поверхности жидкости или края стенки, в которой расположено отверстие, не будет меньше утроенного поперечного размера отверстия.

Истечение жидкости через отверстия и насадки является одной из основных задач гидродинамики. Задача гидравлического расчета отверстий и насадков состоит в определении скорости истечения и расхода жидкости, вытекающей через отверстие или насадок.

Отверстие в тонкой стенке – это отверстие, диаметр которого минимум в 3 раза больше толщины стенки, т.е. d _o> 3δ_.

Насадком называется короткая труба длиной от 3 до 5 его диаметров, присоединенная к отверстию. При расчете насадков потерями напора по длине обычно пренебрегают.

Скорость истечения и вытекающий расход рассчитываются по общим формулам для отверстия и насадка, выведенным на основе уравнения Бернулли. Общими являются гидравлические характеристики: коэффициенты расхода, скорости, сжатия, сопротивления. Однако коэффициенты расхода для отверстия и насадка различны по величине, что связано с различной картиной движения жидкости в них (рисунок 28).

а	б
Рисунок 28 – Истечение жидкости через а) отверстие, б) насадок

При истечении жидкости, через отверстие в тонкой стенке на некотором расстоянии от стенки, происходит сжатие струи. Площадь живого сечения струи будет меньше площади отверстия (рисунок 27 а). Сжатие струи обусловлено необходимостью плавного перехода от различных направлений движения жидкости в резервуаре, в том числе от радиального движения по стенке, к осевому движению струи (т.е. частицы жидкости при входе в отверстие имеют скорости различных направлений).

При истечении жидкости через насадок после входа в насадок жидкость сжимается примерно так же, как и при истечении через отверстие в тонкой стенке, а затем струя постепенно расширяется до размеров отверстия и из насадка выходит полным сечением (рисунок 27 б).

Сжатие струи характеризуется коэффициентом сжатия – отношение площади сечения струи в месте наибольшего сжатия к площади сечения отверстия.

,

где S _c- площадь живого сечения струи ;

S₀ - площадь отверстия, .

Коэффициент сжатия ε для круглых отверстий равен 0,64, а для цилиндрических насадков равен 1.