自由噴流は、液体が貯留槽から開口部を通じて抵抗なく大気中に流れ出る流れを表します。液体噴流の速度 (V) はベルヌーイの定理を使用して導き出され、次のように表されます:
ここで、h は開口部より上の液体の高さです。この関係は、貯留槽の表面と噴流出口の両方に大気圧があることを前提としています。流体柱の高さは、貯留槽内のノズルでの流体の速度を制御します。ノズルでは、流体の位置エネルギーが流れ中に運動エネルギーに変換されます。
縮流現象は、液体が鋭いエッジのオリフィスから出るときに発生し、ジェットの直径 d_j がノズルの直径よりも小さくなります。これは、流体の流線が急なエッジに沿うことができず、縮流領域が形成されるために発生します。縮流係数は、縮流におけるジェットの断面積とノズルの断面積の比であり、ジェットの縮流の程度を定量化します。このパラメータはノズルの形状によって影響を受け、ナイフエッジ、鋭いエッジ、丸みを帯びたノズル、凹みのあるノズルなど、さまざまな設計によって、明確な流れパターンと収縮特性が生成されます。丸みを帯びたノズルの場合、C_c = 1.0 ですが、鋭いエッジまたはナイフエッジのオリフィスでは C_c が約 0.61 に低下します。凹みのあるノズルでは、さらに低い値を示します。
これらの流れ特性と収縮効果は、貯留槽から工業用ノズルまで、液体排出を伴う工学応用で重要です。
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