6. Истечение жидкости через насадок. Определение глубины вакуума в насадке.

И сследование движения жидкости через малое отверстие в тонкой стенке показало его малую пропускную спосбность ( ). Увеличение значения коэффициента истечения по сравнению с отверстием можно достичь, если к отверстию герметично присоединить насадок. Насадком называется цилиндрическая или коническая трубка того же диаметра, что и отверстие. Внешний насадок имеет длину равную 3,5÷4 диаметрам отверстия. Если у насадка острые края, то примерно на растоянии, равном диаметру отверстия от кромки насадка, струя сужается, причем . Пространство между струей и стенками насадка заполняет жидкость, не участвующая в поступательном движении струи, а находящаяся во вращательном вихревом движении. После этого сечение струи постепенно расширяется и занимает все сечение насадка, поэтому на выходе коэффициент сжатия струи , а коэфициент расхода . По сравнению с истечением через малое отверстие, при истечении через насадок возникают дополнительные сопротивления: на внезапное расширение струи после сжатия и на трения по длинне насадка, т.е. .Ввиду значительной длины насадка гидравлические потери на трение могут быть опущены из рассмотрения и гидравлическое сопротивление насадка будет определяться как для внезапного расширения – по уравнению Борда: . В пространстве насадка, где генерируются вихри, создается разряжение, величина которого зависит от располагаемого напора перед отверстием. Оно способствует увеличению приведенного напора перед отверстием с насадком и влечет за собой рост, примерено на 32%, расхода жидкости. Для определения величины создаваемого вакуума в цилиндрическом насадке (рис. 10.3) выделим сечения: с-с в сжатой части трубы и 1-1 на выходе из насадка. Для выделенных сечений запишем уравнение Бернулли: . В сечении 1-1 давление равно атмосферному , а скорость , потери напора на участке с-1 определяются по уравнению Борда. Тогда для рассматриваемого случая уравнение Бернулли примет вид Из уравнения неразрывности потока следует, что С учетом этого уравнение (10.27) преобразуем к виду .

В полученном уравнении раскроем скобки и приведем подобные. В результате этих действий уравнение примет вид . Или с учетом скорости истечения и коэффициента сжатия струи полученное уравнение запишется как . Для маловязких жидкостей при больших числах Рейнольдса , . Подставляя эти значения в уравнение (7.30) получим . Поскольку 0,75H > 0, то атмосферное давление будет выше давления в сжатом сечении струи. Следовательно, в данном сечении будет создаваться разряжение, величина которого определяется как Так как величина достигаемого вакуума возрастает с ростом напора перед отверстием, то может произойти вскипание жидкости как только давление в насадке достигнет давления насыщенного пара этой жидкости при данной температуре. Образовавшийся пар занимает пространство между струей и стенкой, оттесняет жидкость от стенок, и в конце концов, наступает такой момент, когда пар прорывается наружу, а воздух – внутрь. В насадке происходит срыв течения и истечение происходит так же, как и через отверстие.

6. И стечение жид-ти через отверстие в днище при переменном напоре. Время опорожнения емкости. Истечение жидкости при переменном уровне встречается при опорожнении резервуаров, цистерн, ресиверов , бассейнов и других емкостей. Обычно в этом случае необходимо определить время опорожнения емкости.При истечении жидкости через отверстия из небольших резервуаров ее уровень в процессе истечения понижается, поэтому приведенный напор и скорость истечения уменьшаются. Пусть в некоторый промежуток времени уровень жидкости находится на высоте . За промежуток времени он изменится на (см. рис.). При этом элементарный объем вытекшей из резервуара жидкости за время составит: . Знак «−» обусловлен тем, что положительному приращению соответствует отрицательное приращение . С другой стороны, . Здесь – секундный расход жидкости при ее истечении через отверстие при постоянном уровне. Приравняем правые части уравнений (7.17) и (7.18) получим ,откуда . Интегрированием полученного уравнения в пределах изменения приведенного напора от и полагая при этом, что , найдем время истечения: . Итак, время понижения уровня от и : . При полном опорожнении резервуара когда : Но в уравнении (10.23) – объем резервуара, а – расход жидкости через отверстие. Отсюда следует, что время опорожнения резервуара в 2 раза больше времени истечения такого же объема жидкости из резервуара при

Все отверстия, выполняемые в стенках либо днищах сосудов, классифицируют по форме: круглые, квадратные, овальные, прямоугольные и т.д.; по исполнению: в тонкой стенке, когда , где – толщина стенки, d – диаметр отверстия и в толстой стенке, когда . Кроме того, отверстия различают по размеру. Малыми отверстиями принято считать отверстия, у которых , где – напор перед отверстием; – разность напоров при затопленном отверстии. Для большинства отверстий справедливо соотношение или . При истечении жидкости из отверстия характерно то, что в процессе истечения запас потенциальной энергии, которым обладает жидкость в резервуаре, превращается, с большими или меньшими потерями, в кинетическую энергию струи и капель.