1. Цель работы.

Опытное определение величины коэффициентов истечения μ, φ, ε, ξ при истечении воды через малое отверстие в тонкой стенке и через различные насадки.

2. Истечение жидкости.

Истечение жидкости из резервуаров через отверстия и насадки в атмосферу или в пространство, заполненное газом или жидкостью, характеризуется преобразованием запаса потенциальной энергии жидкости в кинетическую энергию струи. Основной задачей является определение скорости истечения и расхода жидкости.

М алым отверстием (рис.7.1) называется такое отверстие, вертикальные размеры которого меньше 0,1H₀.

Рис.7.1. Истечение через малое отверстие в тонкой стенке.

Расчетный напор

, (7.1)

где H₀ – напор над центром отверстия;

p₀ – давление на поверхности жидкости в резервуаре;

р – давление в среде, куда вытекает жидкость через отверстие (при

истечении в атмосферу р=р_ат).

Составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 (сжатое сечение струи):

. (7.2)

Выражая потери энергии

, (7.3)

после некоторых преобразований получим

, (7.4)

где - коэффициент скорости.

, (7.5)

где H₀ = 0,12 м (рис 7.2),  - удельный вес жидкости.

Расход жидкости , с учетом формулы (7.4)

, (7.6)

где S₀ – площадь отверстия; - коэффициент сжатия струи;

где S_с – площадь сжатого сечения струи.

μ = ε • φ – коэффициент расхода.

Насадком называется короткий патрубок длиной l = (2-5)d, присоединенный к отверстию в тонкой стенке.

Насадки делятся на три основных типа: цилиндрические (внутренние и внешние), конические (сходящиеся и расходящиеся), коноидальные.

Рис.7.2. Истечение через внешний цилиндрический насадок.

При движении жидкости в цилиндрическом насадке (рис.7.2) струя вначале сжимается, а затем расширяется и заполняет всё сечение насадка. В зоне между струей и внутренней поверхностью насадка образуется водоворотное течение. Скорость транзитного потока в сечении с-с выше, чем на выходе в сечении 2-2, поэтому в насадке образуется вакуум, т.е. р_с < р₂ = р_ат .

Наличие вакуума в насадке равносильно увеличению расчетного напора, что вызывает увеличение скорости истечения жидкости и расхода через насадок. Формулы скорости и расхода для насадков те же, что и для отверстия в тонкой стенке, но при этом коэффициент ε = 1 и φ = μ. Коэффициенты истечения μ, φ, ε отверстий и насадков зависят не только от вида насадка, но и от числа Рейнольдса. Однако для маловязких жидкостей, к которым относится вода, при истечении с достаточно большими числами Рейнольдса (Re > 10⁵) эти коэффициенты практически мало изменяются.

В табл.7.1 приведены усреднённые значения коэффициентов истечения для отверстия в тонкой стенке и насадков для больших чисел Рейнольдса.

При экспериментальном определении коэффициентов истечения, кроме заданных H и , необходимо знать величину скорости истечения ₂, которую можно определить по формуле

,

где x и y – координаты произвольной точки струи.

Из-за возможного перекоса насадка при его установке возможно отклонение оси струи жидкости от горизонтального направления. Для более точного расчёта скорости истечения ₂ измерение координат x₁, y₁ и x₂ , y₂ производится в двух сечениях струи:

. (7.7)

Таблица 7.1

Тип отверстия или насадка	Коэффициенты истечения
	φм	μм	ξм	εм
Круглое отверстие Внешний цилиндрический насадок Конический сходящийся насадок α = 13˚ Коноидальный насадок	0,97 0,82 0,96 0,98	0,62 0,82 0,94 0,98	0,06 0,5 0,09 0,04	0,64 1 0,98 1