Витікання рідини з отворів та насадок

Витікання рідини з отворів та насадок — гідравлічна задача.

Розрізняють:

• Витікання рідини з малих отворів у тонкій стінці.
• Витікання через затоплений отвір.
• Витікання через великі отвори.
• Витікання при мінливому напорі.
• Витікання рідини через насадки.

Отвори, у різних точках яких геометричний напір Н є практично однаковим, а висота (діаметр) не перевищує 0,1Н, називають малими (рис. 1.). Стінку вважають тонкою, якщо її товщина не перевищує δ < 0,67Н.

При цьому в залежності від взаєморозташування отвору і стінок посудини враховують коефіцієнт стиску струменя. Стиск називають досконалим (рис.2. позиція 1) в тому випадку, коли бокові стінки та дно посудини не впливають на витікання. Недосконалий стиск (рис. 2. позиція 2) має місце у тому випадку, коли отвір розташовано на відстані l від бокової стінки або дна меншого за потроєний розмір отвору (l ≤ 3d або l ≤ 3а). Стиск струменя на підході до отвору може бути повним (по всьому периметру) або неповним (рис.2. позиція 3), якщо з одного або кількох боків рідина не відчуває тиску.

Гідравлічна задача витікання рідини з малих отворів у тонкій стінці постає і вирішується в рамках гідравлічних розрахунків при зберіганні і транспортуванні рідин — вода, нафта, нафтопродукти, рідинні хімічні реагенти, розсоли тощо і їх вивантаженні шляхом переливання.

Витікання через затоплений отвір відбувається під напором Н₁ — Н₂ (рис. 3) і витрату визначають за формулою:

де ω — площа отвору; g — прискорення вільного падіння; μ — коефіцієнт витрати.

Великим вважають отвір з неоднаковим геометричним напором у різних точках по висоті.

Для великого прямокутного отвору у тонкій вертикальній стінці за сталим рівнем рідини у посудині (рис. 4) витрата визначається за формулою:

Значення коефіцієнта витрати μ_в для великих отворів наведено в таблиці:

У загальному випадку витікання рідини з посудини довільної форми за наявності припливу (рис. 5) рівняння балансу записують як:

Для використання цієї формули необхідно знати як змінюється із зміною тривалості витікання витрата припливу, а також закономірність зміни площі перетину посудини по її висоті.

Час повного випорожнення резервуару довільної форми:

Тут z₁ = z (за рис. 5).

Витікання при змінному напорі з одної посудини до іншої під мінливий рівень показано на рис. 6.

Тривалість витікання при змінному напорі з одної посудини до іншої під мінливий рівень (рис. 6):

- до часткового вирівнювання рівнів з відповідною зміною робочих напорів від z₁ до z₂

- до повного вирівнювання рівнів (z₂ = 0)

• Світлий Ю. Г., Білецький В. С. Гідравлічний транспорт (монографія). — Донецьк: Східний видавничий дім, Донецьке відділення НТШ, «Редакція гірничої енциклопедії», 2009. — 436 с. [Архівовано 24 вересня 2015 у Wayback Machine.]Також в Репозитарії ХПІ [Архівовано 27 березня 2022 у Wayback Machine.]
• Білецький В. С., Фик М. І. Основи транспорту природних вуглеводнів / За ред. І. М. Фика. Харків: НТУ ХПІ, 2019. 274 с.

• Витікання рідини з отворів та насадок (відео)