Процессы истечения жидкости

Процессы истечения жидкости через отверстия и насадки используются в технике достаточно широко – это и подача топлива в двигателях внутреннего сгорания, опорожнение и наполнение емкостей, подача жидкости в виде дальнобойной струи с большой кинетической энергией брандспойтами и гидромониторами, это эжекторы и т.д. Различают процессы истечения через тонкую и толстую стенки, при этом роль толстой стенки может выполнять насадок. Тонкой считается стенка, толщина которой меньше половины диаметра отверстия (δ < 0,5 d), тогда потерей напора по длине можно пренебречь, жидкость теряет энергию только преодолевая местное сопротивление. Отверстие можно считать малым, когда скорость истечения жидкости во всех точках площади отверстия практически одинакова. Условия для такого истечения создаются, если напор (высота уровня жидкости над осью отверстия) более чем в 10 раз больше диаметра отверстия H/d>> 10

Струя, вытекающая из отверстия вследствие действия центробежных сил, сил поверхностного натяжения сжимается по всему периметру. Из-за этого возникает сжатое сечение струи, расположенное приблизительно на расстоянии d/2 от поверхности стенки с отверстием. Если отверстие прилегает к дну или краю стенки, то при истечении жидкости имеет место неполное сжатие, так как со стороны стенки давление жидкости на струю отсутствует. Отверстием с полным сжатием называется такое, где струя сжимается со всех сторон, т.е. отверстие со всех сторон окружено жидкостью. Однако, если стенка располагается на недостаточном удалении от отверстия, полное сжатие может быть несовершенным. У отверстия с совершенным сжатием расстояния от ближайшей стенки (или дна) до края отверстия должно превышать три диаметра отверстия (l > 3d).

Для оценки степени сжатия струи введено понятие коэффициента сжатия сечения струи. Коэффициентом сжатия струи называется отношение площади живого сечения сжатой струи в самом узком месте к площади отверстия:

. (4.1)

Исследованиями установлено, что для малых отверстий с острыми кромками значения коэффициента сжатия лежит в пределах ε ≈ 0,6….0,64.