СЛИВ/НАЛИВ НЕФТИ/НЕФТЕПРОДУКТОВ

Истечение жидкости через отверстие

В процессе слива (налива) нефтепродуктов определяют скорость истечения, расход вытекающей жидкости и время ее истечения. Насадком называют короткий патрубок (сопло), присоединенный к отверстию в тонкой стенке, имеющей длину (3 ÷ 4) d₀ и увеличивающий пропускную способность отверстия. Стенка считается тонкой, если ее толщина δ < 0,2d₀, где d₀ – диаметр отверстия.

При изучении истечения жидкости через отверстия и насадки движение рассматривается на коротком отрезке, поэтому сопротивления по длине потока очень малы и ими пренебрегают. Потерю напора в этом случае можно относить только за счет местных сопротивлений.

Рассмотрим вытекание жидкости из открытого сосуда в атмосферу через отверстие площадью F. При истечении жидкости из отверстия на некотором расстоянии от него происходит сжатие струи. Степень сжатия оценивается коэффициентом сжатия струи ε, представляющим собой отношение площади сжатого сечения струи F_сж к площади отверстия F:

Величина ε при истечении жидкости из больших резервуаров через малые отверстия равна 0,61 ÷ 0,63.

Обозначим постоянную высоту уровня жидкости над центром отверстия через H. Давление и скорость жидкости в сечении 1-1 через Р₁; υ₁, в сечении 2-2 через Р₂; υ₂.

Напишем уравнение Бернулли для сечений 1-1, 2-2, приняв коэффициент скорости α₁ = α₂ = 1.

Пренебрегая скоростью движения жидкости в резервуаре (υ₁ в виду ее малости) и учитывая потери напора только в местном сопротивлении, уравнение Бернулли можно записать в виде:

Откуда:

в частном случае, когда Р₁ = Р₂ = Р_атм:

Теоретическая скорость истечения из отверстия равна:

Отношение действительной скорости истечения жидкости к теоретической называется коэффициентом скорости:

Величина показывает, какая часть энергии, которой обладает находящаяся в сосуде жидкость, затрачивается на создание скорости и на преодоление сопротивления (например, φ=0,97%, 97% расходуется на создание скорости, 3 % – на потери в местном сопротивлении). Действительная скорость истечения будет равна υ_д=φ·υ_т.

Объемный расход жидкости определяется из выражений:

Обозначим произведение ε·φ буквой μ=ε·φ.

Величина μ называется коэффициентом расхода.

Окончательно имеем:

Обычно μ и ε определяются опытным путем, а коэффициент φ находится путем вычислений. Например, при ε = 0,64 и φ = 0,97; μ = 0,62.

Коэффициент расхода есть отношение действительного расхода к теоретическому расходу.

Объемный расход жидкости:

Время истечения:

Объемный расход можно также определить по формуле:

откуда, при необходимости, определяется d₀, φ_д или Q.

Чтобы найти массовый расход, необходимо объемный расход умножить на плотность жидкости (M=Q·ρ).