Коэффициент расхода при истечении

Эксперименты показывают, что коэффициент расхода при истечении μ для одного и того же отверстия зависит от перепада давления, формы и размеров отверстия и лежит в пределах 0,62—1. Если форма отверстия обеспечивает плавный вход жидкости (например, коноидальный) и безотрывное течение в отверстии без сжатия струи, то при истечении характеристика такого отверстия должна быть стабильной, а коэффициент расхода равен 1.

Для сходящихся отверстий коэффициент расхода μ зависит от угла конусности на входе α_вх и для воды он изменяется следующим образом:

α_вх..... 15 30 45 60 75 90 120 150 180

μ...... 0,97 0,88 0,85 0,81 0,76 0,72 0,68 0,64 0,62

У таких отверстий увеличение перепада давления практически не вли­яет на коэффициент расхода.

Изучение влияния формы отверстия и изменения напора на коэффициент расхода приведено в работах [1, 9]. Площади исследуемых отверстий определяли прямым измерением (не менее 5 раз), а эксперимент проводили стандартным образом, описанным в курсах гидравлики. Для каждого отверстия (рис. 3) коэффициент расхода при постоянном напоре определяли по формуле (1) не менее 5—10 раз, а затем находили его среднее значение. Коэффициент расхода при истечении при переменном напоре

надо горизонт. цилиндр. цистерну (8)

где F — площадь живого сечения резервуара, откуда происходит истечение; H₁ и Н₂— напоры соответственно начальный и конечный, в пределах которых измерялись параметры истечения; t₁ — время снижения уровня жидкости в резервуаре от Н₁ до Н₂..

Рис. 3. Формы отверстий:

1 - круг; 2 - круг с зазубренными краями; 3 - квадрат; 4 - квадрат с зазубренными краями; 5 - ромб; 6 - ромб с вогнутыми внутрь сторонами; 7 - мениск выпукло-вогнутый; 8 - эллипс; 9 - параллелограмм (протяженная щель, щелевидное отверстие)

Измерения проводили однократно для каждого типа отверстия при изменении напора в 0,8м (от Н₁ = 1,8 м до Н₂ = 1 м). Погрешность измерения коэффициента расхода определяли стандартным методом (табл. 3).

Таблица 3. Коэффициенты расхода для исследованных отверстий при постоянном μ и переменном μ₁ напорах

Из анализа этих данных следует, что они с точностью до ошибок измерения совпадают с рекомендованными значениями коэффициентов расхода в курсах гидравлики для соответствующих форм отверстий. Коэффициенты расхода при переменном напоре больше, чем при постоянном, но эта разница — в пределах возможных ошибок измерений. Коэффициент расхода для всех исследованных случаев изменяется в достаточно узком диапазоне от 0,59 до 0,725, поэтому при выполнении оценочных расчетов его можно принимать постоянным и равным 0,65.

Транспорт нефти, насыщенной нефтяным газом с газовым фактором от 0 до 10м³/т по трубопроводам, не подготовленным соответствующим образом, приводит к существенным потерям. Из анализа работ по перекачке сжиженных газов следует, что процесс истечения газированных нефтей через порывы недостаточно изучен, и поэтому еще нет ответа на такие вопросы, как определение времени опорожнения аварийного участка трубопровода и количества потерянной нефти. Трудность решения отмеченных вопросов заключается в том, что при авариях трубопроводов с газонасыщенной нефтью возникает целый ряд особенностей. Например, если авария происходит в нижней части нисходящего участка трубопровода (рис. 4, а), то газ, растворенный в нефти, может ускорять процесс истечения. При образовании сквозного дефекта в верхней части нисходящего участка (рис. 4, б) в зоне отверстия будут скапливаться пузырьки газа, выделяющегося из нефти, этот газ будет оттеснять нефть от отверстия и затруднять истечение. Если авария произойдет на холмистом участке местности, то из-за газовых шапок истечение будет пульсирующим. После прорыва газа оставшаяся часть нефти снова перекроет сечение трубы, а в возвышенной части опять начнет постепенно накапливаться газ до следующего выброса.

Рис. 4. Образование газовых шапок в трубопроводе при утечках в нижней (а) и верхней (б) частях нисходящего участка