3.1.2. Истечение жидкости через большие отверстия.

Большим называют отверстие, геометрический напор в различных точках по высоте которого не одинаков, то есть вертикальные размеры отверстия соизмеримы с величиной напора. Скорость истечения в этом случае уже не будет одинаковой во всех точках живого сечения струи на выходе из отверстия, а нарастает в вертикальном направлении по параболическому закону.

Расход через большие незатопленные отверстия в вертикальной стенке определяется по формуле:

Q=µ_б, (3,9)

где µб – коэффициент расхода для большого отверстия, зависящий от числа Фруда (см. табл. 3,3); Н1 и Н2 – напоры соответственно по верхней и нижней кромке отверстия; bz – пременная по высоте напора отверстия.

Из формулы (3,9) получим:

Q_кр= µ_б, (3,10)

для прямоугольного отверстия (a*b):

Q_пр= µ_бab= µ_бb(H₂^3/2-H₁^3/2) (3.11)

Таблица 3,3.

Значения коэффициента расхода µ_б для больших отверстий.

Тип отверстия	Коэффициент расхода
Отверстия средних размеров со сжатием со всех сторон	0,65
Отверстия больших размеров с несовершенным, но всесторонним сжатием	0,70
Донные отверстия (без сжатия по дну) со значительным влиянием бокового сжатия с умеренным влиянием сжатия с плавным боковым подходом с весьма плавным подходом воды к отверстию со всех сторон	0,65-0,70 0,70-0,75 0,80-0,85 0,90

3.1.3. Истечение жидкости через насадки

Насадки – это присоединённые к отверстию короткие трубки (патрубки) длиной L=(2+5)d (d – внутренний диаметр насадки).

Основные типы насадков и значения коэффициентов истечения приведены в табл. 3,4. Для всех насадков формулы скорости и расхода при истечении в атмосферу имеют вид (3,1) и (3,2), как и для случая истечения из малого отверстия. Но при истечении из насадков сопротивления увеличиваются по сравнению с истечением из отверстия и коэффициент скорости для выходного сечения насадка:

=, (3,12)

Таблица 3,4.

Коэффициент истечения и виды насадков.

Тип насадка	Значения коэфициентов
	Сжатия ε	Расхода µ	Скорости 	Потери ξ
Внешний цилиндрический с острой входной кромкой	1,00	0,82	0,82	0,5
Внешний цилиндрический с коническим входом	1,00	0,90	0,90	0,23
Внутренний цилиндрический	1,00	0,71	0,71	1,00
Коноидальный (сопло)	1,00	0,97	0,97	0,06
Конически сходящийся при угле конусности Q=1324’	0,98	0,94	0,96	0,07
К онически расходящийся при угле конусности Q=5-7	1.00	0.45-0.50	0.45-0.50	4.0-3.0
Коноинированный при угле конусности Q=530’ и степени расширения n==8.7	1.00	2.4	0.27	12.8

где ξвр, ξдл – Коэффициенты потерь при внезапном расширении и по длине насадка; ξтс – коэффициент потерь при истечении из отверстия в тонкой стенке.

В цилиндрических и конических расходящихся насадках при истечении в атмосферу возможны 2 режима. При первом режиме истечения благодаря наличию внутри насадков сжатого сечения С-С (рис. 3,4) образуется вакуум, величина которого характеризуется вакууметрической высотой hвак.

Теоретическая величина вакуума для внешнего цилиндрического насадка может достигнуть величины hвак=0,74Н, поэтому максимальное значение напора перед насадком (для воды):

Н===13,9м

Практически наименьший напор в сжатом сечении может быть равен 0,3 м вод.ст., что соответствует давлению парообразования для воды при t=20С. Поэтому для обеспечения надёжной работы насадка предельное значение напора должно быть:

Н _max==13,5 м

Рис. 3.3. Истечение через внешний цилиндрический насадок

При напорах Н>13,5 м внутри насадка возникает кавитация, произойдёт срыв вакуума – отрыв струи от стенок насадка и последний станет работать как отверстие, то есть наступает второй режим истечения.

Коэффициент расхода µ внешнего цилиндрического насадка при безотрывном режиме зависит от относительной длины насадка L/d и числе Рейнольдса ReT и может быть определён по эмпирической формуле:

µ= (3,13)

Минимальная относительная длина насадка L/d, при которой имеет место безотрывный режим истечния, примерно равна единице.

При больших числах Рейнольдса, а также при истечении маловязких жидкостей (вода, бензин, керосин,) коэффициент µ=0,82.

Внешкие цилиндрические насадки (сверление в толстой стенке) рекомендуется улучшать путём устройства конического входа длиной Lx=d с углом α=60. Это позволит повысить коэффициент µ до 0,88 – 0,92 и увеличить Нmax.

Все насадки по сравнению с отверстиями в тонкой стенке при равных напорах Н и одинаковых значениях S обладают большей пропускной способностью Q. Коноидальный насадок (сопло) и конически сходящийся насадок обладают и к тому же и большой выходной скоростью, а, следовательно, большим запасом кинетической энергии.