7. Истечение жидкости через отверстия и насадки при постоянном напоре.

8.1. Истечение через отверстия при постоянном напоре.

8.2. Истечение при совершенном сжатии. Скорость истечения реальной жидкости при совершенном сжатии.

8. 3. Коэффициенты: ξ, φ, μ

8.3. Истечение при несовершенном сжатии

8.4. Истечение под уровень

8.5. Истечение через насадки при постоянном напоре.

8.5.1.Первый режим течения.

8.5.2 Второй режим истечения

Отверстия и насадки, из которых происходит истечение, могут иметь различное конструктивное исполнение и назначение.

Перелив жидкости из бака в бак производится через отверстия между баками, которые закрываются запорными элементами.

Насадки применяются в моечных устройствах и двигателях, где с их помощью производится распыление жидкости. Такие насадки являются сложным изделием, имеют предкамеру высокого давления, запирающую иглу, которой открывается отверстие вначале впрыска на неполное сечение и открывается полностью к концу сжатия, чтобы обеспечить нормальный режим сгорания топлива в цилиндре.

Компактная и сильная струя для брандспойта или гидромонитора формируется при помощи насадков.

В устройствах гидроавтоматики: золотниках и элементах типа "сопло-заслонка" применяются соотношения, полученные в теории истечения.

При переходе потенциальной энергии жидкости в резервуаре в кинетическую энергию струи, часть энергии теряется на трение и завихрение частиц жидкости.

Задачей изучения истечения является определение скоростей истечения, расхода и давления жидкости в отверстиях и насадках и их техническое применение.

8.1. Истечение через отверстия при постоянном напоре .

Истечение из резервуара при постоянном напоре и под давлением Р₁над свободной поверхностью через круглое отверстие с острой кромкой.

Через отверстие струя жидкости вытекает в воздушное пространство с атмосферным давлением Р₂ =Рат.

Глубина расположения отверстия в дне или на стенке резервуара во много раз больше диаметра отверстия Н₀ >> d_о(рис.8.1).

К отверстию жидкость подтекает со всех сторон, поэтому в плоскости отверстия частицы движутся по криволинейным траекториям, поэтому за отверстием площадь сечения струи оказывается меньше площади отверстия, происходит сжатие струи. В дальнейшем струя сохраняет свою форму на некотором расстоянии от отверстия.

1. Сжатие струи называется совершенным, если стенки резервуара удалены от центра отверстия на расстояние l > 3d и не оказывают влияния на сжатие струи. В этом случае сечение струи получается наименьшим.

2.Сжатие струи называется несовершенным при l < 3d. в этом случае влияние стенок резервуара на сжатие струи значительно меньше и сечение струи оказывается больше, чем при совершенном сжатии.

8.2. Истечение при совершенном сжатии. Скорость истечения реальной жидкости.

Сжатие струи оценивается коэффициентом сжатия ε, равным отношению площади поперечного сечения струи к площади отверстия

ε = Sc/S₀= (dc/d₀)². (8.1)

Коэффициент сжатия зависит от 1)формы отверстия; 2)положения отверстия относительно стенок резервуара, например, в центре симметрии дна или смещенное от центра и от 3) числа Рейнольдса .

Влияние числа Рейнольдса на коэффициент сжатия показывает график Альтшуля.

Для определения скорости в сжатом сечении запишем уравнение Бернулли для живого сечения, соответствующего свободной поверхности жидкости в резервуаре "1-1" и сжатого сечения струи «2 –2», плоскость сравнения выберем по сечению "2-2".

Определим напоры, входящие в уравнение Бернулли.

1. Рассматривается установившееся движение, уровень жидкости не меняется, истечение происходит под постоянным напором: следовательно: геометрический напор z₁=H.

2. Давление Р₁ на поверхности "1-1" может быть равно атмосферному, больше или меньше атмосферного, поэтому пьезометрический напор равен Р₁/ρg.

3. Поскольку уровень жидкости в сечении "1-1" не меняется, скорость V₁= 0 равна нулю.

4. По сечению "2-2" выбрана плоскость сравнения, поэтому геометрический напор равен z₂=0.

5. Истечение происходит в атмосферу, поэтому избыточное давление в сечении 2-2" Р₂ = Ратм = Рс = 0, пьезометрический напор равен Р₂/ρg= 0.

6. Скорость в сжатом сечении V₂ =Vc.

7. При ламинарном режиме движения эпюра скоростей близка к параболической, коэффициент Кариолиса принимается равным двум α_л≈2, при турбулентном режиме движении эпюра близка к трапециидальной α_т≈ 1-1,1 приниманется в расчетах равным единице.

С учетом этих допущений и исходных данных для турбулентного режим течения уравнение Бернулли для сечений "1-1" и "2-2",принимает вид

где ζ — коэффициент сопротивления отверстия, α - коэффициент Кориолиса,

Н = Н₁ + Р₁ / ρg - напор истечения, сумма геометрического и пьезометрического напора,- коэффициент скорости для сжатого сечения.Скорость истечения реальной жидкости в сжатом сечении при совершенном сжатии