42 Совершенное и не совершенное сжатие

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. Если же это условие не соблюдается 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 то сжатие струи неполное.

Сжатие струи происходит на расстоянии около одного диаметра отверстия. Затем струя обретает цилиндрическую форму.  

Сжатие струи обусловлено необходимостью плавного перехода от различных направлений движения жидкости в резервуаре, в том числе от радиального движения по стенке, к осевому движению в струе.  

Сжатие струи оказывается различным в зависимости от расположения отверстия, из которого происходит истечение жидкости, относительно боковых стенок сосуда.

Сжатие струи бывает различным в зависимости от места расположения отверстия, из которого происходит истечение, относительно стенок сосуда. Сжатие струи называют совершенным, если отверстие удалено относительно стенок и дна сосуда настолько, что последние не оказывают направляющего влияния на частицы жидкости, подтекающие к отверстию. Опыты показывают, что сжатие является полным совершенным, если расстояние от кромок отверстия до остальных стенок и дна сосуда больше утроенного поперечного размера отверстия. При этом сжатие струи происходит со всех сторон отверстия. При совершенном сжатии значения коэффициентов сжатия е и расхода [ is - наименьшие.  

Сжатие струи, протекающей через отверстие, называется с о-в е р ш е н н ы м, если вблизи отверстия нет дна, стенок или свободной поверхности жидкости, влияющих на характер истечения.

Сжатие струи, протекающей через отверстие, называется совершенным, если вблизи отверстия нет дна, стенок или свободной поверхности жидкости, влияющих на характер истечения.  

Сжатие струи имеет место из-за наличия инерции газовых струй при входе в отверстие или сопловой канал. Наибольшее сжатие происходит при истечении через выступающую внутрь сосуда тонкостенную трубу.

Сжатие струи определяется кривизной траекторий крайних ее струек. Проследим траектории движения частиц жидкости у стенок сосуда. Сначала частицы жидкости движутся параллельно стенкам, а затем, описывая некоторую кривую, направляются к отверстию. Если отверстие отстоит достаточно далеко от стелок и дна, то кривизна траекторий и сжатие струи будут наибольшими. Такое сжатие: струи называется совершенным.  

Сжатие струи объясняется тем, что частицы жидкости, двигаясь вдоль диафрагмы и достигнув края отверстия, продолжают и дальше двигаться в прежнем направлении, лишь постепенно отклоняясь от него.

43 Коэфиценты сжатия скорости расхода Влияние на них числа Рейнольдса.

Малым отверстием называется такое отверстие, в пределах сечения которого местные скорости считаются практически одинаковыми. Это наблюдается при диаметре d или высоте отверстия h, меньшем 0,1Н, т.е. d(h)≤0,1H, где Н-полный напор над центром тяжести отверстия. Термин «тонкая стенка» означает то, что струя при истечении касается лишь входной кромки отверстия  и толщина стенки не влияет на истечение Ж. Это наблюдается тогда, когда толщина стенки δ≤0,25d.

Струя при выходе из отверстия претерпевает всестороннее сжатие. Причиной сжатия струи является инерционность частиц, двигающихся к отверстию изнутри резервуара по радиальным направлениям. Частицы жидкости, двигающиеся к отверстию вдоль стенок резервуара, стремясь по инерции сохранить направление движения, огибают край отверстия и образуют поверхность струи на участке сжатия. За сжатым сечением струя практически не расширяется, а при достаточно большой скорости может распадаться на отдельные капли. Наибольшее сжатие имеет место в сечении С-С на расстоянии (0,5-1)d от пл-ти отверстия; в этом сечении движение приобретает параллельно-струйный характер, сечение называется сжатым сечением.

Отношение площади FC сжатого сечения струи к площади отверстия F называется коэффициентом сжатия струи:  .

Если рассматривать установившееся движение и написать ур-ие Бернулли для сечений на свободной пов-ти резервуара и сжатого сечения С-С, то можно получить ф-лы для определения скорости υс и расхода Q:  ,

где   - коэффициент скорости; μ=εφ- коэффициент расхода;

Н-полный напор над центром тяжести отверстия

Физический смысл коэффициента скорости φ представляет собой отношение действительной скорости υ истечения к скорости истечения идеальной Ж, т.е.:

.

Физический смысл коэффициента расхода μ представляет собой отношение действительного расхода Ж к теоретически вычисленному без учета сжатия струи и потерь напора, т.е.  .

Коэффициент сопротивления (потерь напора) ζ определяется по формуле:  .

Коэффициенты сжатия ε, скорости φ, расхода μ и сопротивления ζ зависят в первую очередь от типа отверстия, а также от числа Рейнольдса Re.

Для малых круглых отверстий в тонкой стенке при совершенном сжатии и квадратичной зоне сопротивления турбулентного режима коэффициенты истечения явл-ся неизменными и имеют следующие численные значения: μ=0,62; φ=0,97; ε=0,64; ζ=0,065. Поэтому малые отверстия (диафрагмы) часто используются в качестве расходомеров.

Зависимость коэффициентов истечения от числа Рейнольдса След. »

При истечении вязких жидкостей (например, дизельного топлива через форсунки) или при истечении с небольшими скоростями маловязких жидкостей (при малых числах Рейнольдса) будет проявляться зависимость величин коэффициентов истечения μ, φ, εот Re (см. рис. 4.21). Рис. 4.21. Зависимость коэффициентов истечения от числа Рейнольдса При истечении через малое отверстие в тонкой стенке коэффициен т скорости φ с увеличением Re возрастает, что связано с уменьшение сил вязкости, что в свою очередь сказывается на уменьшении коэффициента сопротивления ξ. Коэффициент сжатия уменьшается вследствие увеличения радиусов кривизны поверхности струи на её участке от кромки до сжатого сечения С-С (см. рис. 4.22). При Re→ ∞ значения коэффициентов φ и εприближаются к значениям, соответствующим истечению идеальной жидкости (φ = 1, ε = 0,6). Рис. 4.22. Истечение жидкости из отверстия Изменение величины коэффициента расхода μ определяется его зависимостью от коэффициентов φ и ε: . (4.26) Зная характер изменения коэффициентов μ, φ, ε от числа Re при истечении через отверстия и насадки, можно с большей точностью определить скорость  , расход Q и другие параметры потока. При больших числах Re (турбулентный режим) коэффициенты истечения постоянны, зависят только от вида отверстия, определяются опытным путем и приводятся в справочниках.