Определение коэффициентов истечения жидкости

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

Скорость истечения идеальной жидкости в атмосферу в данный момент времени через малое отверстие в стенке или насадок определяется по формуле:

где Н - напор в центре выходного отверстия струи.

Как показывают опыты, средняя скорость истечения реальной жидкости меньше

из-за потерь напора и того, что скорость реальной жидкости в исходном сечении струи не равномерна.

Отношение действительной средней скорости истечения жидкости к теоретической, вычисленной по формуле (6.1), называется коэффициентом скорости:

где F_c - площадь сечения струи на выходе, где течение параллельноструйное.

Площадь поперечного сечения струи параллельно-струйного потока не всегда равна площади выходного отверстия, например, при истечении струи из отверстия в тонкой стенке, когда влияние толщины стенки на формирование струи минимально из-за заострения входной кромки (рис.6.1).

При истечении через малое отверстие в тонкой стенке диаметр струи сначала уменьшается, стремясь к d_c, а затем увеличивается из-за торможения и разрушения струи, вызванного воздействием окружающего струю воздуха. Несколько иначе происходит формирование струи в цилиндрическом насадке (рис. 6.2) длиной l = (3 ∕ 4) d₀. Так как входная кромка насадка острая, то при входе в него струя сначала медленно сужается, отрываясь от стенок. При этом пространство между струей и стенками насадка заполнено жидкостью, находящейся во вращательном вихревом движении при давлении ниже атмосферного. После этого струя постепенно расширяется и заполняет всё сечение насадка на выходе. Таким образом, при истечении через цилиндрический насадок площадь струи при выходе равна площади отверстия насадка.

Образование вакуума в зоне цилиндрического насадка приводит к увеличению разности напоров, а следовательно, и скорости в сжатом сечении струи. Этим объясняется больший, при равном напоре, расход жидкости, вытекающей из насадка, несмотря на то, что отверстие в тонкой стенке имеет тот же диаметр. Хотя, как показывают измерения, коэффициент скорости для цилиндрического насадка меньше коэффициента скорости для отверстия.

В расчётах удобнее пользоваться не сечением струи, а сечением отверстия F_о, в связи с чем формула (6.3) преобразуется в выражение:

где ε = F_c/F₀ - коэффициент сжатия струи, для цилиндрического насадка равен ε = 1.

Для опытного определения коэффициента расхода β, а также коэффициента скорости φ и коэффициента сжатия струи ε необходимо обеспечить установившееся течение струи, что достигается постоянством напора Н на лабораторной установке перед отверстием (насадком).

Установка (рис.6.3, а) состоит из бака 3 с системой перегородок 7 с отверстиями, служащими для успокоения воды, поступающей в бак от насоса на питающей трубе 1. Регулирование поступления воды производится задвижкой 2. При помощи водослива 5 уровень воды в баке поддерживается постоянным во времени, а, следовательно, постоянен и напор в центре отверстия истечения. Избыток воды стекает по трубе 6 в сливной бак.

В передней стенке бака 3 имеется платформа 9 для крепления сопел 10 (малого отверстия в тонкой стенке или цилиндрического насадка). Отверстия с внутренней стороны перекрываются заслонкой 11, уравновешенной противовесом 8. При опускании противовеса струя вытекает из бака, при поднятии - течение прекращается. Напор в центре отверстия определяется при помощи пьезометра 4. Уровень воды в пьезометре измеряется по нижней точке мениска с точностью до 1 мм.

Расход вытекающей воды определяется объемным способом при помощи мерного бака 12, площадь которого F_б = 0, 475 м². Изменение уровня воды в мерном баке за время опыта измеряется с помощью водомерной стеклянной трубки 13. Для выпуска воды из мерного бака 12 в бассейн 14 служит вмонтированный в бак вентиль 15. Измерение диаметра струи производится с помощью четырех винтов мерного кольца (рис. 6.3, б).

Требуется определить коэффициенты истечения β, ε и φ для малого отверстия в тонкой стенке и цилиндрического насадка.

1. Установить требуемое сопло (отверстие или цилиндрический насадок).

2. Проверить, закрыт ли вентиль на мерном баке 12.

3. Измерить начальный уровень воды в баке и записать результат.

4. Открыв заслонку 11 и одновременно включив секундомер, направить струю в мерный бак.

5. Наполнив бак в течение 30 секунд (1 минуты), закрыть заслонку и выключить секундомер.

6. Измерить конечный уровень воды в мерном баке и баке 3.

7. Слить воду из мерного бака. Повторить измерения два раза.

8. Для малого отверстия в тонкой стенке определить диаметр струи, установив центр мерного кольца против центра отверстия и приведя концы винтов в соприкосновение с поверхностью струи. Расстояние между каждой из пар винтов, расположенных друг против друга, измеряется штангенциркулем.

где

- уровни воды в мерном баке соответственно до и после наполнения, м; F_б - площадь мерного бака, м² (F_б = 0, 475 м²).

где F₀ - площадь отверстия истечения; H - напор воды в центре отверстия.

где d₀ - диаметр отверстия; d_c - диаметр струи,

; а и b расстояния между двумя парами противоположных винтов, дм.