Лабораторная работа №1 Истечение жидкости чрез отверстия и насадки

Цель работы: Экспериментально определить коэффициент расхода для отверстий и насадок различных типов.

Теоретические сведения

В технике широко используется истечение жидкости через различные отверстия и насадки. Различают истечение в тонкой стенке, малых отверстий и насадок.

Тонкой стенкой называется стенка, толщина которой меньше 2-3 диаметров отверстия. Малым отверстием называют отверстие, диаметр которого намного меньше напора (d₀  0,1 H). Насадком называется короткая труба цилиндрической, конической или иной формы длинной 3…5 диаметров отверстия: l  (3…5) d₀.

Вытекая из отверстия, струя на некотором расстоянии от него l  (3…5) d₀ сжимается и ее сечение становиться меньше сечения отверстия . Отношение площади сжатой струи к диаметру отверстия называется коэффициентом сжатия .

Различают два вида сжатия: совершенное, когда боковые стенки резервуара не оказывают влияние на истечение, и несовершенное, которое имеет место, если расстояние от стенки резервуара до кромки отверстия меньше трех диаметров отверстия.

Для определения средней скорости истечения жидкости из отверстия применим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 (рис. 1.1).

(1.1)

где Н- высота уровня жидкости над центром отверстия;

Р_бар- атмосферное давление;

 -плотность жидкости;

- коэффициент Кориолиса;

w- скорость истечения жидкости из отверстия или насадки;

h_м- местные потери напора.

Используем для определения местных потерь напора формулу Вейсбаха:

, (1.2)

где - коэффициент местного сопротивления.

Из (1.1) и (12) получим: w =  , - коэффициент скорости.

Коэффициент скорости учитывает уменьшение скорости потока вследствие потерь напора при прохождении жидкости через отверстие или через насадку и вследствие неравномерности распределения скоростей в сжатом сечении струи.

,

где w_т – максимальная скорость истечения , которая возможна при вытекании идеальной жидкости из отверстия или насадки.

Расход жидкости, вытекающей из отверстия или насадки, определяют по формуле

,

где - коэффициент расхода.

Коэффициент расхода равен отношению действительного к теоретическому:

(1.3)

где Q_T – максимально возможный расход при истечении идеальной жидкости без сжатия струи.

Таким образом, истечение жидкости из отверстия или насадка характеризуется коэффициентами , зная которые можно по известным d₀ и Н вычислить скорость истечения и расход жидкости.

Для турбулентного режима течения в таблице 1.1 приведены справочные данные по коэффициентам сжатия, скорости и расхода при истечении из отверстия и насадки различных типов

Таблица 1.1 – Коэффициенты, характеризующие истечение

Вид отверстия или насадки	Коэффициент сжатия	Коэффициент скорости	Коэффициент расхода
Отверстие в тонкой стенке	0,62…0,64	0,97…0,98	0,60…0,62
Насадки:
Цилиндрический внешний	1	0,82	0,82
Цилиндрический внутренний	1	0,71	0,71
Конусный сходящийся	0,982	0,963	0,946
Конусный расходящийся	1	0,45…050	0,45…0,50
Коноидальный	1	0,97	0,97