Закінчення рідини через малі отвори
ЗМІНИ РІДИНИ ЧЕРЕЗ ВІДТВЕРДЖЕННЯ ТА НАСАДКИ
Вивчення гідравлічних закономірностей витікання рідини з судин через отвори в їх стінках має широке застосування до практичних проблем у всіх галузях техніки, у тому числі і в нафтогазовій справі. Зокрема, ці закономірності важливі розрахунку процесів спорожнення різних ємностей, визначення можливих і фактичних втрат нафти чи нафтопродукту при аваріях трубопроводів, і навіть створення систем виявлення витоків.
Закінчення рідини через отвір у стінці судини може відбуватися припостійному або змінному натискузалежно від того, чи змінює витікаюча рідина розподіл тиску в цій посудині чи ні. Наприклад, при закінченні рідини з резервуара рівень вільної поверхні в резервуарі може змінюватися, що в свою чергу, змінює витрату рідини. Закінчення рідини при постійному натиску є, як правило, процесом, що встановився , в той час як закінчення при змінному натиску являє собоюневстановлений процес. Якщо закінчення, що не встановилося, відбувається досить повільно, то його можна розглядати як послідовну зміну стаціонарних станів і тоді таке закінчення називаєтьсяквазістаціонарним.
Рідина може випливати з судини якв атмосферу, якщо тиск в навколишньому середовищі дорівнює атмосферному, так і в об'ємз протитиском, якщо тиск в цьому обсязі відмінно від атмосферного.
Зникнення рідини через малі отвори
Отвори поділяють в залежності від їх розмірів на малі та великі.Малимивважаються отвори, розміри яких малі порівняно з величиною напору над центром цього отвору (рис. 10.1). Якщо ж розміри отвору можна порівнятиз величиною цього натиску, такі отвори вважаютьсявеликими. Таким чином, поняття про небагато отвори щодо: один і той же отвір за певних умов може вважатися малим, тоді як в інших умовах - великим.
Якщо отвір мале, можна з достатнім ступенем точності нехтувати відмінністю напорів у різних точках цього отвору. У той самий час великих отворів треба враховувати, що натиск у різних точках цього отвори може бути різним.
Мал. 10.1. Закінчення рідини з резервуару
черезмалийотвір
Серед безлічі типів отворів виділяють отвори в тонких стінках. Такими називаються отвори, краї яких мають гостру кромку, тоді товщина стінки не впливає на форму струменя та умови витікання рідини. Досвідом встановлено, що стінку вважатимуться тонкою, якщо її товщина вбирається у 0,2 діаметра отвори , тобто. .
При закінченні рідини через круглий отвір у тонкій стінці спостерігається явище, зображене схематично на рис. 10.2. Лінії струму рідини, що починаються на вільній поверхні, зближуються при підході до отвору і це зближення продовжує зберігатися на відстані ще декількох діаметрів за ним. Оскільки частинки рідини підходять до отвору по траєкторіях, що плавно змінюються, і відсутні сили, здатні викликати стрибкоподібну зміну швидкості, то площа поперечного перерізу струменя, що витікає з круглого отвору в тонкій стінці, менше, ніж площа самого отвору. Це явище називаютьстисненням струменяпри закінченні з отвору.
Мал. 10.2. Стиснення струменя при закінченні через отвір
Площа поперечного перерізу струменя на деякій відстані від отвору стабілізується, лінії струму в струменістають паралельними один одному, а швидкості рідини вздовж них практично дорівнюють один одному. Відношення площі в циліндричній частині струменя до площі отвору називаютькоефіцієнтом стисненняструї.
Коефіцієнт стиснення струменя залежить лише від форми отвору; Дослідами встановлено, що при великих числах Рейнольдса для круглого отвору в тонкій плоскій стінці коефіцієнт стиснення струменя становить величину . Загалом можна показати, що з більшості отворів величина цього коефіцієнта змінюється не більше .
Якщо отвір у стінці не є круглим, то зближення ліній струму може призводити до складних змін форми струменя, що витікає. Так, наприклад, для прямокутного отвору згущення ліній струму в його кутах призведе до того, що струмінь набуває форми хреста, який за рахунок сил поверхневого натягу може періодично змінювати свій вигляд.