7.2. Витікання через насадки
Насадком
називається короткий патрубок довжиною
=(3+5)
,
приєднаний до отвору в тонкій стінці
(
-
внутрішній діаметр насадка).
За формою насадки бувають циліндричні зовнішні (мал.6,I) і внутрішні (рис.7.6,II), конічні що сходяться (рис.7.6,III) і розбіжні (рис.7.6,IV) і коноідальні (рис.7.6,V).
При витіканні рідини через насадок, при вході в нього, струмінь стискується під дією відцентрових сил, що виникають внаслідок криволінійності траєкторій, як і при витіканні через отвір у тонкій стінці.
У зоні стиску струменя утвориться розрідження, величина якого при витіканні в атмосферу дорівнює
. (7.13)
Загальні розрахункові формули швидкості і витрати для насадків залишаються ті ж, що і для отвору в тонкій стінці, а саме:
.
Тому
що для насадків
=0,1;
=
=
.
Рис. 7.6
Коефіцієнт витрати для насадків різної форми буде різний (рис.7.6) визначається досвідченим шляхом.
Насадок викликає додаткові опори руху. Однак, витрата через насадок, у порівнянні з отвором у тонкій стінці, при всіх інших рівних даних ( , Н), збільшується. Збільшення витрати порозумівається наявністю вакууму в зоні стиску. Досліди показують, що при значенні розрідження
>9,7м
може відбутися відрив струменя від внутрішньої поверхні насадка (рис.7.7). У цьому випадку насадок працює як отвір у тонкій стінці з коефіцієнтом витрати =0,62.
Д
ля
забезпечення безвідривного витікання
з насадка граничне значення напору не
слід допускати більш 
м.
Відрив струменя можна створити штучно
і при менших напорах, повідомивши зону
стиску з атмосферою.
При витіканні рідини з зовнішнього циліндричного насадка коефіцієнти витрати , швидкості і стиски визначаються тим же методом і за тими ж формулами, що і для випадку витікання через малий отвір у тонкій стінці.
7.3. Установка для демонстрації витікання з отворів і насадків
Н
а
рис.7.8 наведено схему установки для
демонстрації витікання рідини з отворів
і насадків і експериментального
визначення величини коефіцієнтів ,
,
. Установка Маріотта (рис.7.8) складається
з герметично закритої судини А, з
водомірним склом С і п*єзометром П.
Рис.7.8
Трубка “а” з'єднує судину А с атмосферою. Перед початком досліду судина Маріотта за допомогою трубки “б” заповнюється водою до умовної позначки на водомірному склі С. Враховуючи що судина герметично закрита, при витіканні рідини з бака А на вільній поверхні води зовнішній тиск буде менше атмосферного
.
Трубка “а” , що з'єднує судину А с атмосферою, створює постійний тиск на рівні I-I, де
.
Витікання рідини при постійному напорі Н, а отже при усталеному русі рідини буде відбуватися до тих пір, поки рівень не знизиться до перетину I-I. При зниженні рівня води в баці А нижче перетину I-I витікання буде відбуватися при перемінному напорі.
У нижній частині судини А є отвір Б, що перекривається рухомою касетою з отворами різної форми і насадками. Переміщаючи касету у горизонтальній площині і розташовуючи відповідний отвір проти отвору в баці, можна здійснити витікання рідини через отвори в тонкій стінці круглого, трикутного перетинів, витікання через щілину і насадки.
У залежності від форми отвору поперечний переріз струменя, що випливає, буде формуватися по-різному. Так при витіканні через квадратний отвір форма струменя буде хрестоподібної конфігурації, а через трикутне - із трьома тонкими ребрами (мал.7.9). Слід зазначити, що при витіканні через квадратний перетин, струмінь за довжиною не зберігає хрестоподібної форми.
Рис.7.9
У стиснутому перетині струмінь здобуває форму восьмикутника, далі перетворюється в хрестоподібний і слідом за тим знову змінюється на восьмикутний перетин (мал.7.10). Це явище називається інверсією струменя, що в основному викликана дією сил Коріоліса та поверхневого натягу, що особливо сильно виявляється при витіканні через некруглі перетини.
Рис. 7.10. Інверсія струменя