Отверстие определяется как небольшое отверстие любого сечения, расположенное сбоку или снизу резервуара, через которое жидкость может легко протекать. Отверстия используются для измерения скорости потока жидкости.
Отверстие
Непрерывный поток жидкости, вытекающий из отверстия, называется струей воды. Отверстие может иметь прямоугольную, круглую или треугольную форму.
В этой статье объясняется классификация и определение скорости потока через отверстие.
Поток через отверстие
Рассмотрим резервуар с прямоугольным отверстием, установленным на поверхности, как показано на рисунке 2. Пусть напор жидкости над центром отверстия равен ‘H’. Жидкость, выходящая из отверстия, образует струю жидкости, площадь сечения которой меньше площади сечения отверстия. Площадь поперечного сечения этой струи жидкости продолжает уменьшаться и достигает минимального значения на участке 1-1.
Формирование отверстия вены-контрактуса
На участке 1-1 площадь поперечного сечения (Ac) минимальна, линии потока прямые и параллельны друг другу. Следовательно, линии потока перпендикулярны плоскости отверстия. Это сечение называется vena-contracta. Обычно vena-contracta располагается на расстоянии, равном радиусу отверстия.
Если скорость жидкости в vena-contracta задается величиной “v”, то теоретическая скорость потока в vena-contracta задается:
Уравнение-1
Классификация отверстий
Отверстия классифицируются по следующим категориям:
1. По размеру
Отверстие можно классифицировать как малое или большое отверстие в зависимости от размера и напора жидкости в отверстии.
1.1. Малое отверстие
Если напор жидкости больше, чем в 5 раз превышает глубину отверстия, то его относят к категории малых отверстий. В случае малого отверстия струя жидкости имеет постоянную скорость по всему сечению. Следовательно, расход рассчитывается следующим образом:
Уравнение-2
Где, a= площадь отверстия, Cd – гидравлический коэффициент, называемый коэффициентом расхода, и g= ускорение под действием силы тяжести. Значение Cd варьируется от 0,61 до 0,65.
1.2. Большое отверстие
Если напор жидкости менее чем в 5 раз превышает глубину отверстия, то оно относится к категории больших отверстий. Здесь скорость по всему поперечному сечению струи жидкости непостоянна, поэтому расход не может быть определен по уравнению 2. Следовательно,
Общий расход жидкости для большого отверстия определяется следующим образом:
Q = [ H23/2 – H13/2].
Уравнение-3
2. По форме
В зависимости от формы или поперечного сечения отверстия, они классифицируются как:
3. По характеру выхода жидкости через отверстие
В зависимости от характера выхода жидкости, отверстия можно классифицировать следующим образом:
3.1 Полностью погруженное отверстие
Полностью погруженное отверстие – это отверстие, выход которого полностью погружен в жидкость.
Полностью погруженное отверстие
Фактический расход через полностью погруженное отверстие равен:
Уравнение-4
Где,
H1 = высота воды над верхней частью отверстия со стороны восходящего потока
H2 = Высота воды над дном отверстия.
H = разница в уровне воды
b = ширина отверстия
Cd = Коэффициент разгрузки
3.2. Частично погруженное отверстие
Частично погруженное отверстие – это отверстие, выходная сторона которого частично погружена в жидкость, как показано на рисунке 4 ниже.
Частично погруженное отверстие
Фактический расход через частично погруженное отверстие равен:
Уравнение-5
4. На основе верхнего края отверстия
На основе восходящей кромки отверстия они классифицируются как:
Часто задаваемые вопросы
Что такое отверстие?
Отверстие определяется как небольшое отверстие любого сечения, расположенное сбоку или на дне резервуара, через которое легко протекает жидкость. Отверстия используются для измерения скорости потока жидкости.
Что такое вена-контраста в отверстии?
Жидкость, выходящая из отверстия, образует струю жидкости, площадь поперечного сечения которой меньше площади поперечного сечения отверстия. Площадь поперечного сечения этой струи жидкости продолжает уменьшаться и в определенный момент достигает минимального значения.
В этой точке площадь поперечного сечения (Ac) минимальна, линии потока прямые, параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости отверстия. Этот участок называется vena-contracta. Обычно vena-contracta располагается на расстоянии, равном радиусу отверстия.
Как рассчитать расход жидкости, протекающей через большое отверстие?
Общий расход жидкости для большого отверстия определяется следующим образом:
Q = [ H23/2 – H13/2].
Что такое потенциал скорости и функция потока?
Что такое скорость и ускорение потока жидкости?
Каковы типы течения жидкости в трубе?
Читайте далее:- Гидравлические коэффициенты отверстия.
- Как измерить расход с помощью мундштука?.
- Турбина Пельтона – детали, работа и аспекты конструкции.
- Требования к проектированию железобетонных резервуаров для воды.
- Что такое потенциальная функция скорости и функция потока?.
- СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ.
- Проницаемость почвы – характеристики, закон Дарси.