Истечение жидкости из отверстия. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Истечение жидкости из отверстия может происходить в газовую или жидкую среду или в вакуум. Если истечение происходит из отверстия в стенке сосуда в атмосферу, то имеет место т. н. незатопленное, или свободное, истечение (рис. 1). Струя несжимаемой жидкости, выходящая под постоянным напором Н из отверстия площадью w, сжимается, образуя сжатое сечение площадью w₁=ew) (e - коэф. сжатия струи). Скорость истечения определяется по ф-ле

где j - т. н. коэф. скорости, зависящий от гидравлич. сопротивлений, возникающих при истечении, g - ускорение свободного падения (см. также Торричелли формула ).Расход вытекающей жидкости

где m=je - коэф. расхода отверстия. Коэф. j, m., e зависят от вида отверстия, от Рейнолъдса числа и Фруда числа, характеризующих течение. С уменьшением этих чисел коэф. j уменьшается, а коэф. в возрастает (рис. 2).

Рис. 1. Схема истечения жидкости в атмосферу.

Рис. 2. Зависимость коэффициентов истечения из малого отверстия в тонкой стенке от Re.

При истечении воды из малых отверстий в тонкой стенке сосуда (d<3d, где d - толщина стенки, d - диаметр отверстия) обычно принимают e=0,62-0,64, j=0,97-0,98, m=0,60-0,61. Если струя вытекает под уровень жидкости (рис. 3), то имеет место т. н. затопленное истечение (истечение под уровень). При этом расход определяется всё ещё по ф-ле (*), но в качестве напора Н для одинаковых жидкостей следует принимать разность уровней H=H₁- H₂. При вытекании воды из больших прямоугольных отверстий шириной b (рис. 4) расход определяется из ф-лы:

к-рая при H₁=0 переходит в ф-лу расхода при истечении через водослив. Если напор, под к-рым происходит истечение, изменяется с течением времени (напр., при наполнении и опорожнении резервуаров), то возникает неустановившееся движение жидкости. При истечении из цилиндрич. сосуда время t, в течение к-рого уровень опускается от H₁ до Н₂, определяется из зависимости:

Рис. 3. Схема истечения под уровень жидкости.

где W - площадь сечения сосуда.
Теория истечения из отверстия находит применение при определении необходимых размеров отверстий в разл. сосудах, баках, шлюзах, в некоторых частях плотин, а также для определения расходов и скоростей истечения жидкостей разной вязкости и сроков опорожнения резервуаров различной формы. В случае истечения капельных жидкостей в вакуум или среду, давление в к-рой ниже давления насыщенных

Рис. 4. Схема истечения из больших прямоугольных отверстий; b - размер отверстия по нормали к плоскости чертежа.

паров жидкости при данной температуре, процесс истечения сопровождается фазовыми переходами (испарение) и картина существенно усложняется. Такие явления возникают, напр., при сливе жидкостей (в частности, криогенных ракетных топлив) из космич. летат. аппаратов. Об истечении газа см. в ст. Сопло, Струя.

Литература по истечению жидкости из отверстий

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.