Гидравлика: Лабораторный практикум, страница 20

т. е. коэффициент скорости j есть отношение действительной скорости истечения υ_ск скорости идеальной жидкости υ_и .

Опыты показывают, что скорость в ядре струи равна идеальной, а наружные слои движутся медленнее, так как заторможены взаимодействием со стенкой. Поэтому действительная скорость истечения всегда несколько меньше идеальной. Расход жидкости, проходящий через отверстие, определится как произведение действительной скорости на фактическую площадь сечения струи:

Принимая во внимание, что

и ,

будем иметь

Произведение коэффициентов e и j принято обозначать буквой m и называть коэффициентом расхода, т.е.

m = ej.

Тогда

отсюда

т. е. коэффициент расхода есть отношение действительного расхода к тому расходу Q_и, который имел бы место при отсутствии сжатия струи и сопротивления. Величина Q_и не является расходом при истечении идеальной жидкости, т. к. сжатие струи будет иметь место и при отсутствии гидравлических потерь.

Действительный расход всегда меньше теоретического вследствие влияния двух факторов: сжатия струи и сопротивления. Значения коэффициентов истечения e, j, m и зависят от размеров отверстия, условий подтока к нему жидкости и числа Рейнольдса.

Если форма отверстия отличается от круглой, то при удалении от отверстия происходит изменение сечения струи (рис.7.2). В струе, вытекающей через круглое отверстие, силы поверхностного натяжения взаимно уравновешены вследствие осевой симметрии струи (рис.7.2, а). При истечении из некруглых отверстий неуравновешенные по периметру силы поверхностного натяжения вызывают из-за свойств инерции жидкости близкие к периодическим изменения формы сечения струи по ее длине, называемые инверсией струи.

При истечении через квадратное отверстие (рис. 7.2, б) струя постепенно превращается в крест с тонкими прозрачными ребрами, ориентированными нормально к сторонам квадрата. Вытекающая через треугольное отверстие (рис. 7.2, в) струя постепенно принимает форму звезды с ребрами, перпендикулярными сторонам треугольника.

7.1.3. Экспериментальное определение коэффициентов расхода, скорости и сжатия для малого отверстия в тонкой стенке

Для вычисления площади, скорости и расхода струи необходимо знать коэффициенты истечения e, j и m. Числовые значения этих коэффициентов устанавливаются опытным путем.

Коэффициент сжатия e определяется в результате измерений струи в сжатом сечении. Диаметр сжатого сечения можно определить с помощью специального приспособления (рис. 7.3), которое представляет собой кольцо с четырьмя микрометрическими винтами. Приспособление устанавливается на кронштейне так, что струя проходит внутри кольца.

Подводя острия винтов к поверхности струи, замеряют диаметр струи в двух взаимно перпендикулярных направлениях d₁и d₂.

Коэффициент сжатия определяют по выражению

, или .