Истечение газов через отверстия с острыми кромками
Истечение газов через отверстия и насадки наблюдается при работе горелок, форсунок, при выбивании газов через отверстия в стенах печи и в других случаях. Установим связь между количеством вытекающего газа (расходом), размерами отверстия и давлением, под которым происходит истечение. Для простоты возьмем истечение несжимаемого газа, температура которого в процессе истечения практически не изменяется. Рассмотрим отверстие с острыми кромками.
Положим, что из сосуда очень больших размеров, в котором давление Р1 газ вытекает через отверстие сечением f0 в среду с давлением Р2 (рис. 1.).
Рисунок 1.
Для определения скорости истечения газа W2 напишем уравнение Бернулли для сечения I и II. Поскольку температура газа неизменна и сечение I и II находятся на одной высоте, то принимаем Ргеом1= Ргеом2.
Пренебрегая потерями, запишем:
. (1.28)
Сосуд больших размеров, поэтому W1=0.
Тогда 
.
Отсюда скорость истечения газа W2 (м/с) равна:
, (1.29)
В силу инерции частиц истекающего газа сечение f<f0. Отношение f/f0=e называется коэффициентом сжатия струи.
Для определения расхода газа V (м3/с) через отверстие f0 найдем, что 
, но 
, следовательно,
. (1.30)
С учетом гидродинамических потерь при истечении через отверстие это выражение принимает вид:
, (1.31)
где j – коэффициент скорости, учитывающий гидравлическое сопротивление отверстия.
Произведение j×e=m называется коэффициентом расхода.
Если истечение происходит через стенку или свод печи, на поду которой давление равно атмосферному, то статическое давление в формулах (1.29) и (1.31) обусловлено разностью плотностей печных газов и воздуха:
.
Тогда формулы (1.29) и (1.31) принимают вид:
; (1.32)
. (1.33)
Величина Н в данном случае – высота отверстия над уровнем пода печи.
Истечение газов через насадки
Насадком называют короткий патрубок, присоединенный к отверстию в тонкой стенке. Длина насадка обычно 3–4 его диаметра. Количество газа, протекающего через насадок, зависит от формы входных кромок и формы самого насадка. Рассмотрим цилиндрические насадки трех видов (рис. 1.).
Рисунок 1.
Пользуясь уравнением (1.29), получим следующие расчетные формулы:
для насадки с острыми кромками
; e=0,85; (1.34)
. (1.35)
Для насадков с закругленными кромками и диффузора
. (1.36)
Для этих насадков за счет закругленных кромок в сечении III струи и отверстия равны друг другу, поэтому e=1,0. Сравнение формул (1.35) и (1.36) показывает, что наибольший расход при одинаковом значении Р1–Р2 и при одинаковом минимальном сечении насадков получается при истечении газа через диффузор.