КЛАССИФИКАЦИЯ ОТВЕРСТИЙ

В инженерной практике часто приходится рассматривать вопросы истечения жидкости через отверстия различных форм и размеров: короткие патрубки, называемые насадками, трубы малой длины и т.п. При этом истечение жидкости может происходить в атмосферу или под уровень, при постоянном или переменном напоре.

Если отверстие служит только для пропуска определенного расхода, то характер струи и форма отверстия не имеют существенного значения. В других случаях эти формы весьма важны, поскольку от них зависит качество струи. Например, водяная пожарная струя должна нести достаточное количество жидкости и быть компактной на значительной части своей длины. Это требование может обеспечить не каждый насадок. В свою очередь, в условиях, где требуются распыленные струи (создание водяных завес, распыл топлива в двигателях внутреннего сгорания, искусственное дождевание и т.п.), используются специальные насадки распылители.

В зависимости от условия вытекания жидкости из отверстия различают малые и большие отверстия в тонкой и толстой стенке. К малым относятся отверстия, размер которых в 10 раз меньше заглубления в жидкости. Отверстием в тонкой стенке считается такое, которое имеет края с заостренной кромкой (рис. 5.1). При протекании жидкости через такое отверстие возникают только местные потери напора, аналогичные потерям при внезапном сужении потока.

Рис.5.1. Истечение жидкости из отверстия в тонкой стенке

Струя жидкости, вытекаемая из отверстия площадью ω, претерпевает сжатие, т.е. площадь ее поперечного сечения w_с остается меньше площади сечения отверстия. В зависимости от расположения отверстия по отношению к стенкам и дну резервуара различают совершенное и несовершенное, полное и неполное сжатие струи.

Совершенное сжатие наблюдается в том случае, когда расстояние от стенок до отверстия оказывается не меньше, чем утроенная длина соответствующего размера отверстия. Для круглого отверстия это расстояние должно быть не менее трех диаметров отверстия, для прямоугольного (рис.5.2) условиями совершенного сжатия будут m > 3a, n > 3в. Если это условие не соблюдается и отверстие находится на более близких расстояниях от боковых стенок, сжатие называется несовершенным. Встречаются случаи, когда отверстия частью периметра примыкают к стенкам резервуара и сжатие струи на этом участке вообще отсутствует. Такое сжатие называется неполным в отличие от полного, когда струя по всему периметру отверстия претерпевает то или иное сжатие. При истечении жидкости через отверстие в тонкой стенке движение частиц до сжатого сечения II-II (рис.5.1) происходит по криволинейным траекториям. В сжатом сечении струи (для круглых отверстий на расстояние 0,5d) линии тока становятся почти параллельными, движение приобретает параллельно струйный характер.

Рис. 5.2. Расположение отверстий:

1 - при совершенном; 2 - при несовершенном,

3 - при неполном сжатии струи

Для оценки степени сжатия струи применяется понятие о коэффициенте сжатия ε;

. (5.1)

Для малого округлого отверстия в тонкой стенке в случае совершенного сжатия e = 0,6 - 0,64.