Витікання рідини з отворів та насадків
Витікання рідини з отворів і насадків (коротких трубок різної форми і перерізів) характерне тим, що в цьому процесі потенційна енергія рідини на дуже короткій відстані і за дуже короткий час перетворюється на кінетичну енергію струменя (або крапель у загальному випадку). При цьому відбуваються якісь великі або не дуже втрати натиску. Подібні режими перебігу рідини виникають при витіканні рідини із резервуарів, баків, котлів в атмосферу або простір, заповнений рідиною. Аналогічні явища відбуваються при протіканні рідини через малі отвори та щілини у напрямній, контрольній та регулюючій апаратурі різних гідравлічних систем.
Основне питання, на яке потрібно знайти відповідь, полягає в тому, як визначити витрату та швидкість закінчення через отвори чи насадки різної форми.
Стискання струменя
При витіканні рідини з резервуара через отвір у тонкій стінці (рисунок 3.26), діаметр якого значно менше розмірів резервуара, а краї отвору мають прямокутну форму, діаметр струменя, що витікає, буде менше розмірів діаметра отвору. Це відбувається тому, що рідина, що випливає з резервуара, потрапляє в отвір з усіх напрямків, а після проходження отвору напрямок руху всіх частинок рідини стає однаковим.
Малюнок 3.26 – Досконалий стиск струменя
Зміна напрямку руху частинок рідини через їх інерційність миттєво відбутися не може. Тому стиснення струменя обумовлено необхідністю поступової зміни напрямку руху рідини при проходженні отвору.
Так як розміри резервуара набагато більше розмірів отвору, бічні поверхні і вільна поверхня не можуть впливати на напрямок входу рідини в отвір, то в цьомуу разі спостерігаєтьсядосконале стиснення струменя. Такий стиск є найбільшим, і воно досягається на відстані приблизно рівному діаметру отвору. Ступінь стиснення виражається коефіцієнтом стиснення ε
,
де , - площа та діаметр отвору,
, - Площа та діаметр абсолютно стисненого струменя.
Малюнок 3.27 – Недосконале стиснення струменя
У тому випадку, якщо витікання відбувається з резервуара такої форми, що його стінки впливають на траєкторію руху частинок при вході в отвір, спостерігається недосконале стиснення струменя.
Внаслідок того, що бічні стінки резервуара перед отвором формують напрямок руху рідини, струмінь після отвору стискається меншою мірою, ніж при витіканні з практично нескінченного резервуара (рисунок 3.26). З цієї причини змінюється коефіцієнт стиснення струменя. Формули визначення цього стискування для різних рідин і різних умов закінчення - емпіричні. Наприклад, для круглого центрального отвору в тонкій торцевій стінці труби і для малов'язких рідин коефіцієнт стиснення ε1 можна знаходити за наступною емпіричною формулою в частках від коефіцієнта стиснення ε при досконалому стисканні струменя
;
де;
- площа отвору,
- Площа перерізу резервуара (у наведеному прикладі площа поперечного перерізу труби).