7.3 Истечение жидкости через затопленное отверстие или насадок, или истечение под уровень

Отверстие или насадок считаются затопленными, если жидкость через них вытекает в среду, заполненную той же жидкостью (рисунок 65).

Рисунок 65 — Затопленное отверстие или насадок

Профессор Максименко показал, что в данном случае для определения скорости и расхода через отверстие или насадок справедливы формулы, полученные ранее, то есть

— скорость истечения

— расход

коэффициенты  и  те же, что приведены в таблице 5, только Н₀ в формуле для расчётного напора — разность уровней жидкости по обе стороны от стенки.

7.4 Применение отверстий и насадков

— опорожнение резервуаров;

— пожарные брандспойты;

— двигатели внутреннего сгорания (форсунки для распыления топлива);

— гидроотбойка;

— фонтаны;

— объёмный гидропривод.

7.5 Истечение жидкости через отверстие или насадок при

переменном напоре (опорожнение резервуара)

Рисунок 66 — Опорожнение резервуара

Задача об истечении жидкости при переменном напоре обычно сводится к определению времени частичного или полного опорожнения всего сосуда или некоторой его части в зависимости от начального наполнения, формы и размеров сосуда и отверстия.

Рассмотрим простейший пример — истечение жидкости в атмосферу через отверстие в дне резервуара площадью s₀ из цилиндрического сосуда одинакового по всей высоте поперечного сечения S (рисунок 66).

При некотором значении Н переменного (убывающего) напора за малое время dt через отверстие или насадок вытечет объём жидкости

(86)

За это же время dt уровень жидкости в резервуаре уменьшится на величину dH, а объём жидкости уменьшится на величину

(87)

Знак «минус» в формуле (85) поставлен потому, что с течением времени глубина Н уменьшается и, следовательно, дифференциал от убывающей функции dH будет отрицательным.

Так как dV₁ = dV₂, то, приравнивая правые части равенств (86) и (87), получим

откуда

(88)

Время опорожнения резервуара от уровня Н₁ до уровня Н₂ определится в результате интегрирования уравнения (88)

(89)

Время полного опорожнения резервуара найдётся из формулы (89), если в ней положить Н₂ = 0:

(90)

7.6 Взаимодействие струи с твердой преградой

Величина давления струи, естественно, зависит от расстояния насадка до преграды. С увеличением расстояния струя рассеивается и давление уменьшается. Соответствующие исследования показывают, что в данном случае струя может быть разбита на три характерные части: компактную, раздробленную и распыленную (рис.67).

В пределах компактной части сохраняется цилиндрическая форма струи без нарушения сплошности движения. В пределах раздробленной части сплошность потока нарушается, причем струя постепенно расширяется. Наконец, в пределах распыленной части струи происходит окончательный распад потока на отдельные капли.

Рис. 67. Составные части свободной струи

На рис. 68 приведены наиболее часто встречающиеся в практике ограждающие поверхности (преграды) и уравнения, по которым вычисляется давление струи на соответствующую поверхность.

Если вытекающая из отверстия или насадка струя попадает на неподвижную стенку, то она с определенным давлением воздействует на нее. Основное уравнение, по которому вычисляется давление струи на площадку, имеет вид

Рис. 68. Взаимодействие струи жидкости с неподвижной поверхностью