Закінчення рідин через отвори
Витікання рідини з отвору в тонкій стінці
Для початку необхідно уточнити - що таке - «отвір у тонкій стінці».
Отже, отвір вважається тонким, якщо b <3d ,
де:
b - товщина стінки судини,
d - діаметр (або висота) отвори.
Крім поняття отвори в тонкій стінці введено поняття малого отвору в цій самій стінці.
Малим називають отвір у тонкій стінці. якщо його вертикальний розмір не перевищує 0,1 ... 0,2 величини напору:
де:
а - висота отвору (м);
Н - величина напору (м).
При виділенні рідини з малого отвору в тонкій стінці при постійному напорі швидкість v і витрата рідини Q визначаються за формулами:
v = φ √ [2g (H + p1 / ρg - p2 / ρg)]. (Тут і далі √ - знак радикала);
де:
ρ - щільність рідини;
ω - площа перетину отвору;
μ і φ - коефіцієнти швидкості і витрати, значення яких визначають за довідковими таблицями. Фрагмент однієї з таких таблиць наведено нижче.
Коефіцієнти μ і φ пов'язані між собою співвідношенням μ = φε. де ε - коефіцієнт стиснення струменя, який являє відношення площі струменя в стиснутому перерізі до площі отвору.
Таблиця коефіцієнтів швидкості і витрати рідини з отворів
Тип отвори в стінці судини і умови витікання рідини
Коефіцієнт швидкості струменя можна виразити через коефіцієнт втрат місцевого опору формулою:
де:
α - коефіцієнт кінетичної енергії;
ξ - коефіцієнт втрат місцевого опору.
При виділенні рідини з відкритого резервуара в атмосферу (р1 = р2 = ра) формули для визначення швидкості і напору спрощуються:
Q = μω √ (2gH). (М 3 / с).
Координати x і y точок осьової лінії струменя (рис. 1) в цьому випадку пов'язані співвідношенням:
При закінченні під рівень (в цьому випадку отвір називається затопленим) швидкість і витрата виражаються наступними залежностями:
Q = μω √ (2gΔH). (М 3 / с),
де: ΔH - різниця рівнів (див. рис. 2).
Час часткового спорожнення відкритого призматичного резервуара через отвір у тонкій стінці, за яке натиск змінюється від Н1 до Н2. визначається за формулою:
яка при Н2 = 0 (повне спорожнення резервуара) набуде вигляду:
де:
Ω - площа поперечного перерізу резервуара (м 2);
W - обсяг рідини в резервуарі в початковий момент часу Т = 0 (м 3);
Q - витрата рідини через малий отвір площею ω при напорі Н1. Q = μω √ (2gH1). (М 3 / с).
При витіканні з великих прямокутних отворів у вертикальній стінці резервуара (рис. 3) витрата рідини визначається за формулою:
де:
b - ширина отвору;
Н2 - натиск над нижньою кромкою отвору;
Н1 - натиск над верхньою кромкою отвору.