Изтичане на течности от портове и дюзи (страница 1 от 2)

1. Изтичане през малки дупки в тънка стена при постоянна глава. 4

2. Изтичане при несъвършена компресия. 7

3. Изтичане под нивото. 8

4. Изтичане през дюзите при постоянна глава. девет

5. Изтичане през отвори и дюзи при променливо налягане (изпразване на съдовете). 12

6. Теч изпод затвора в хоризонталната тава. 14.

7. Налягане на потока течност върху ограждащите повърхности. 17

Почти във всяка съвременна машина или апарат, под една или друга форма, течността изтича от отвори и дюзи. Ето защо е важно да знаете параметрите на изтичане.

Нека разгледаме различни случаи на изтичане на течност от резервоари, резервоари, котли през отвори и дюзи (къси тръби с различна форма) в атмосферата или пространство, запълнено с газ или същата течност. В процеса на такова изтичане резервът от потенциална енергия, притежаван от течността в резервоара, се преобразува в кинетичната енергия на свободната струя.

Основният въпрос, което в този случай представлява интерес е определянето на скоростта на изтичане и скоростта на потока на течността за различни форми на отвори и дюзи.

Помислете за голям резервоар с течност под налягане P0 , като има малък кръгъл отвор в стената на достатъчно голяма дълбочина Н0 от свободната повърхност (фиг. 1).

Фигура: 1. Изтичане от резервоара през малка дупка

Течността изтича във въздушното пространство под налягане Р1 . Нека отворът има формата, показана на фиг. 2, а, т.е. направен под формата на пробиване в тънка стена без обработка на предния ръб или има формата, показана на фиг. 2, б, т.е. направен в дебела стена, но с заточен преден ръб отвън. Струята, откъсвайки се от ръба на отвора, е донякъде компресирана (фиг. 2, а). Тази компресия се дължи на движението на течността от различни посоки, включително от радиално движение по стената до аксиално движение в струята.

Фигура: 2. Изтичане през кръгла дупка

Степента на компресия се изчислява от степента на компресия.

Където Sс и Така - области на напречното сечение на струята и дупката, съответно; dc и направете - съответно диаметър на струята и отвора.

Скоростта на потока на течността през дупка такава дупка

Където З. - главата на течността се определя като

φ- коефициент на скоростта

където α е коефициентът на Кориолис; ζ - коефициент на съпротивление на отвора.

Дебитът на течността се дефинира като произведение на действителния дебит и действителната площ на напречното сечение:

Продуктът на ε и φ обикновено се обозначава с буква и се нарича дебит, т.е. μ = εφ.

В резултат на това получаваме разход

където ΔР е изчислената разлика в налягането, под влиянието на която възниква изтичането.

С помощта на този израз се решава основната задача - определя се дебитът.

Стойността на степента на компресия ε, съпротивление resistance, скорост φ и скорост на потока μ за кръгъл отвор може да се определи от емпирично построени връзки. Фигура 3 показва зависимостите на коефициентите ε, ζ и μ от числото на Рейнолдс, изчислено за идеалната скорост

където ν е кинематичният вискозитет.

Когато струя изтича в атмосферата от малка дупка в тънка стена, формата на струята се променя по дължината си, т.нар. струйна инверсия (фиг. 4). Това явление се дължи главно на действието на силите на повърхностно напрежение върху течащите криволинейни потоци и различни условия на компресия по периметъра на отвора. Инверсията е най-изразена, когато изтича от некръгли дупки.

Несъвършена компресия се наблюдава, когато течността през отвора и образуването на струята се влияят от близостта на страничните стени на резервоара (фиг. 5).

Фигура: 5. Схема на несъвършено компресиране на струята

Тъй като страничните стени частично насочват движението на течността при приближаване към отвора, струята на изхода от отвора се компресира в по-малка степен, отколкото от резервоар с неограничени размери, както е описано в параграф 1.

Когато течностите изтичат от цилиндричен резервоар с кръгло напречно сечение през кръгъл отвор, разположен в центъра на крайната стена, при високи числа Re, степента на компресия за идеална течност може да се намери по формулата, представена от Н.Е. Жуковски:

Където н - съотношение на площта на отвора Така до площта на напречното сечение на резервоара S1

Дебит на течността при несъвършена компресия

където е налягането З. трябва да се намери, като се вземе предвид скоростната скорост в резервоара

Често се налага да се справяме с изтичането на течност не в атмосферата, а в пространство, запълнено със същата течност (фиг. 6), такъв случай се нарича изтичане под нивото, или чрез изтичане през наводнена дупка.

Фиг. 6. Изтичане по ниво

В този случай цялата кинетична енергия на струята се губи за образуване на вихър, както при внезапно разширение.

Скорост на изтичане в компресирания участък на струята

където φ е коефициентът на скоростта; З. - дизайнерска глава,

Дебитът на течността е

По този начин имаме същите проектни формули, както за изтичането във въздух (газ), само проектната глава З. в този случай е разликата в хидростатичните глави на двете стени, т.е. скоростта и дебитът на течността в този случай не зависят от височината на отвора.

Степента на компресия и скоростта на потока, когато тече под нивото, могат да бъдат взети по същия начин, както когато текат във въздух.

Външна цилиндрична дюза се нарича къса тръба с дължина, равна на няколко диаметъра, без заобляне на предния ръб (фиг. 5.7). На практика такава дюза често се получава в случаите, когато пробиването се извършва в дебела стена и предният ръб не се обработва. Изтичането през такава опаковка в газообразната среда може да се осъществи в два режима.

Първи режим - режим без разделяне . Когато струята изтича, след влизане в дюзата, тя се компресира по същия начин, както когато изтича през отвор в тънка стена. След това струята постепенно се разширява до размера на отвора от дюзата излиза с пълен разрез (фиг. 7).

Фиг. 7. Изтичане през дюзи

Коефициент на потока μ в зависимост от относителната дължина на дюзата l/d и числото на Рейнолдс, се определя от емпиричната формула:

Тъй като диаметърът на струята на изхода на дюзата е равен на диаметъра на отвора, коефициентът на компресия ε = 1 и следователно μ = φ, а коефициентът на съпротивление ζ = 0,5.

Ако съставим уравнението на Бернули за компресиран участък 1-1 и секции зад дюзата 2-2 и да го преобразувате, можете да получите спад на налягането вътре в дюзата

На някаква критична глава Nkr абсолютно налягане вътре в дюзата (раздел 1-1 ) става равно на нула (P1 = 0) и следователно