Истечение жидкости через отверстия и насадки.

 

В этой теме мы рассмотрим различные случаи истечения жидкости из резервуаров, баков, котлов, через отверстия и насадки (короткие трубки разной формы) в атмосферу или вообще в пространство, заполненное газом или той же жидкостью.

В процессе истечения жидкости запас потенциальной энергии, которым обладает жидкость в резервуаре, превращается с большими или меньшими потерями в кинетическую энергию свободной струи или капель.

В авиационной технике процессы истечения встречаются:

- в системах подачи топлива в камеры сгорания ГТД;

-в рабочем процессе амортизаторов шасси;

-при течении жидкости через жиклеры.

Основной задачей, которая решается при рассмотрении процессов истечения, является определение скорости истечения и расхода жидкости для различных форм отверстий и насадков.

 

Истечение из резервуара через малое отверстие.

 

Рассмотрим вытекание жидкости с давлением Р₁ в воздушное пространство через малое отверстие в стенке большого резервуара, находящееся на глубине Н_о от свободной поверхности. Жидкость в резервуаре находится под давлением Р₀.

 

Рис. 91.Истечение через круглое отверстие:

а)в тонкой стенке; б)с острой кромкой.

 

Пусть отверстие имеет форму показанную на рис.91 а) или б). Условия истечения в этих двух случаях будут одинаковыми: частицы жидкости приближаются к отверстию из всего прилежащего объёма, двигаясь ускоренно по различным плавным траекториям; струя отрывается от стенки у

кромки отверстия и затем несколько сжимается. Цилиндрическую форт струя принимает на расстоянии, примерно равном одному диаметру отверстия.

Сжатие струи происходит при переходе от различных направлений движения частиц жидкости в резервуаре к осевому направлению движения г струе.

Если размер отверстия мал по сравнению с напором II (гидростатическим) и размерами резервуара, и свободная поверхность жидкости и стенки резервуара не влияют на приток жидкости к отверстию, то происходит совершенное сжатие струи, т.е. наибольшее сжатие. (Есть г несовершенное сжатие -при влиянии стенок близких к отверстию).

Степень сжатия оценивается коэффициентом сжатия ε (эпсилон), равным отношению площади поперечного сечения струи к площади отверстия, т.е

Несовершенное сжатие струи.

Несовершенное сжатие струи возникает в том случае, когда на истечение жидкости через отверстие и на формирование струи оказывает влияние близость боковых стенок резервуара, причём отверстие расположено на одинаковых расстояниях от этих стенок, т.е. на оси симметрии резервуара (Рис.93):

рис. 93. Схема несовершенного сжатия струи.

 

Вследствие того, что боковые стенки частично направляют движение жидкости при подходе к отверстию, струя по выходе из отверстия сжимается в меньшей степени, чем при истечении из резервуара больших размеров (при совершенном сжатии).

Рассмотрим опорожнение открытого 1! атмосферу сосуда произвольной формы через данное отверстие или насадок с коэффициентом расхода μ

В этом случае имеется истечение при переменном, постепенно уменьшающемся напоре, т.е. течение является неустановившемся.

Однако, если напор, а следовательно, и скорость истечения изменяются медленно, то движение в каждый данный момент времени можно рассматривать как- установившееся, и для решения задачи применять уравнение Бернулли.

Рис. 97.

Очерчивает форму естественно сжимающейся струи и обеспечивает безотрывность течения внутри насадка и параллельность струи в выходном сечении.