3.1.14.Истечение сжимаемых и несжимаемых жидкостей

Процессы истечения жидкостей (несжимаемых, капельных), также как и газов, и паров (сжимаемых жидкостей), являются процессами быстрых изменений состояния вещества. При этом имеет место заметное нарушение состояния термодинамического равновесия. Реальные процессы истечения в этом случае следует заменять эталонными процессами обратного истечения при тех же граничных условиях, а переход обратно к реальным процессам осуществляется путем введения поправочных коэффициентов - коэффициента линейной скорости () и коэффициента расхода (μ).

При перемещении потока вещества из области высокого давления (Р₁) в область низкого давления (Р₂) потенциальная работа (ω_1,2) в обратимых процессах затрачивается на увеличение кинематической энергии потока и измерение высоты его центра тяжести, что хорошо описывается уравнением Бернули совместно с уравнением потенциальной работы

(3.83)

линейная конечная скорость истечения

(3.84)

Важнейшими понятиями в теории истечения являются расход и массовая скорость потока. Расход - количество вещества (в единицах массы или обьема), истекающее через сопло или отверстие с определенной площадью поперечного сечения (f) в единицу времени. Отсюда различают понятия соответственно массового расхода (G) и обьемного (V). Массовая скорость (U) представляет собой массовый расход, отнесенный к одному квадратному метру площади сечения сопла или отверстия:

(3.85)

При интегрировании потенциальной работы в 3.83 необходимо учесть, что для несжимаемых жидкостей удельный объем (V) как и плотности (ρ), является величиной постоянной, а для газов и паров это не так. Отсюда и возникает проблема получения расчетных уравнений для определения линейной и массовой скорости в конце процесса истечения. Решение этой задачи рассматривается далее в 3.1.14.1 и 3.1.14.2 при условиях, что поток горизонтален, т,е.Z₁=Z₂, а начальная скорость истечения С₁=0. Если последнее условие С₁=0 не соблюдается в конкретной задаче, то эту скорость можно рассчитывать как конечную, отсчитанную от некоторого исходного (нулевого) состояния покоящейся жидкости. Параметры такой исходной точки принято называть "параметрами адиабатически заторможенного потока".

3.1.14.1. Истечение несжимаемых жидкостей

Если соблюдается условие V=idem, то интегрирование выражается потенциальной работы не представляет трудности

(3.86)

Подставляя это в (3.84) с учетом Z₁=Z₂ и С₁=0 получаем выражение конечной линейной скорости идеального процесса истечения

(3.87)

конечная массовая скорость

(3.88)

Следует обратить особое внимание на то, что и линейная и массовая скорости истечения несжимаемых жидкостей монотонно возрастают при росте перепада давлений и зависят именно от перепада, а не от отношения давлений до и после сопла или отверстия, что как будет показано в 3.1.14.2, существенно отличает поведение капельных жидкостей от газов и паров.