Tyhjentymisnopeus

Tyhjentymisnopeus (tyhjennysnopeus) on nesteen poistumisen nopeus säiliöstä tai astiasta. Yleensä sillä viitataan tilavuudenmuutosnopeuteen dV/dt, joka merkitään Q ja jonka yksikkö on kuutiometrejä sekunnissa (m^3/s). Tyhjennystä voidaan tarkastella sekä hetkellisen poistumisvirtausnopeuden että koko tyhjennyksen kestävän ajan näkökulmasta.

Torricellin laki kuvaa avon aukon kautta poistuvan nesteen nopeuden oletusarvoa: v_out ≈ Cd sqrt(2 g h), jossa h on nesteen pinnan korkeus, g on gravitaatiokiihtyvyys ja Cd on discharge coefficient, joka huomioi virtaussukan häviöt ja aukon geometrian. Tämän seurauksena tilavuusvirtaus on Q = A v_out = A Cd sqrt(2 g h), missä A on aukon pinta-ala.

Säiliö, jonka poistoaukko on A ja jonka poikkipinta-ala on S (vakio), noudattaa dV/dt = -Q ja dV/dt = S dh/dt. Näin dh/dt = -(A Cd sqrt(2 g h))/S. Ratkaisu olettaen Cd vakio on sqrt(h) = sqrt(h0) - (A Cd sqrt(2 g)/(2 S)) t, missä h0 on alkuperäinen nesteen korkeus. Tyhjenemisaika t_empty, jolloin h = 0, on t_empty = (S/(A Cd)) sqrt(2 h0 / g). Ilman häviöitä (Cd = 1) tämä supistuu muotoon t_empty = (S/A) sqrt(2 h0 / g).

Käytännössä Cd vaihtelee aukon geometrian ja nesteen ominaisuuksien mukaan; lisäksi viskositeetti, ruosteenesto sekä ilmanpaineelta aiheutuvat haitat voivat pidentää tyhjennysaikaa. Tyhjentymisnopeutta käytetään suunnittelussa kuten vesitankkien, sadevesisäiliöiden ja kemikaalipurkkojen mitoituksessa.