Наиболее простой случай струйного пограничного слоя имеет место при истечении жидкости с равномерным начальным полем скоростей vo в среду, движущуюся с постоянной скоростью vH, так как при этом в начальном сечении струи толщина пограничного слоя равна пулю. Утолщение струйного пограничного слоя, состоящего из увлеченных частиц окружающей среды и заторможенных частиц самой струи, приводит, с одной стороны. к увеличению поперечного сечения, а с другой стороны, к постепенному «съеданию» потенциального ядра струи - области, лежащей между внутренними границами пограничного слоя. Принципиальная схема такого струйного течения изображена па рис. 2.13. Свободная струя вскоре после выхода из отверстия становится турбулентной. Вследствие турбулентного смешивания частиц струи с покоящейся окружающей жидкостью и обмена импульсом с частицами последней струя по мере удаления от отверстия расширяется, масса ее возрастает, а скорость падает. Расходящиеся поверхности, исходящие из кромки отверстия, отделяют пограничный слой струи от внутреннего ядра постоянных скоростей, равных скорости истечения, и покоящейся среды, не вовлеченной в движение. Часть струи, в которой имеется потенциальное ядро течения называютначальным, участком,.
|
Пограничный слой
Рис. 2.13: Структура свободной затопленной турбулентной струи |
Как показывают многочисленные опыты, движение свободной затопленной струи происходит при постоянном статическом давлении во всей области течения такой струи, равном давлению окружающей среды, что обусловливает постоянство скорости в потенциальном ядре струи. Размы- вание струи за пределами начального участка выражается не только в ее утолщении, но также в изменении скорости вдоль ее оси.
За пределами начального участка лежит относительно небольшой переходный участок, длиной которого на практике часто пренебрегают. В области основного участка струи отсутствует зона постоянных скоростей, а пограничный слой занимает все поперечное сечение струи. На основном участке толщина струи попрежнему увеличивается, а скорость вдоль оси струи непрерывно убывает от v0 в переходном сечении до пуля па бесконечности.
Угол расширения струи а (для осесимметричной струи - половина угла конусности) обычно равен 12 — 14° и зависит от степени турбулентности струи на выходе из отверстия (насадка). Расширение струи и увеличение ее массового расхода по движению приводит к непрерывной деформации эпюры осредненных скоростей. В пределах начального участка, длина которого составляет приблизительно пять характерных поперечных размеров струи в выходном сечении, эпюра скоростей имеет сложный вид.
предыдущаяследующая
