2.10. Гидравлические струи
Гидравлические струи представляют собой потоки жидкости или газа, неограниченные твердыми стенками, и делятся на затопленные и незатопленные.
Затопленная струя возникает при истечении жидкости (газа) в среду со свойствами, близкими к свойствам струи, например: струя воздуха в воздухе; струя газа, вытекающего из сопла реактивного двигателя в воздух; струя воды в воде.
Незатопленные струи образуются при истечении жидкостей в газовую среду или газа в жидкость, т. е. когда физические свойства струи и среды сильно различаются.
2.10.1. Незатопленные струи
Незатопленные струи применяются в различных отраслях промышленности. В пищевых производствах они используются в устройствах для мойки оборудования. В этом случае струя должна быть компактной и обладать большой кинетической энергией.
При охлаждении теплой воды путем испарения стараются, наоборот, получить распыленную струю. Вид струи будет зависеть от конструкции форсунки, из которой происходит истечение.
Истечение жидкости из центробежной форсунки, предназначенной для распыления жидкости, будет рассмотрено в следующем разделе. Здесь же остановимся на взаимодействии компактной струи с твердой преградой.
Воздействие струи на твердую преграду
Преграда неподвижна. Рассмотрим
поверхность произвольной формы (рис.
2.59). Струя движется со скоростью
и наталкивается на преграду. Необходимо
найти силу активного давления струи на
преграду.
II II I I II II
v
v
v0
Рис. 2.59. Схема взаимодействия свободной струи
с неподвижной твердой преградой
Для решения задачи используем теорему
об изменении количества жидкости,
заключенной между сечениями I–I
и II–II.
Составим проекцию на ось струи изменения
количества движения за время
и приравняем ее к импульсу искомой силы.
Потерей энергии при движении жидкости
от сечения I–I
до II–II
пренебрегаем. В этом случае можно считать
,
т. е. поток разделяется на две равные
части. Тогда уравнение изменения
количества движения можно представить
в виде
Откуда следует
Так как
– есть массовый расход
,
где
– объемный расход, то
Если струя ударяется в вертикальную
поверхность (рис. 2.60), т. е.
,
тогда
.
При развороте струи на 180
(рис. 2.61)
и
.
v0
v0
Рис. 2.60. Схема взаимодействия Рис. 2.61. Схема взаимодействия
свободной струи с неподвижной свободной струи с неподвижной
вертикальной плоскостью криволинейной поверхностью
Преграда движется со скоростью
(рис. 2.62). В рассматриваемом случае сила
будет обусловливаться относительной
скоростью движения струи и преграды
,
тогда
.
Реактивная сила струи. Рассмотрим
истечение жидкости из сосуда под напором
(рис. 2.63). Будем считать, что жидкость в
сосуде неподвижна. Изменение количества
движения за 1с выразится уравнением
.
Отсюда
.
Так как
,
то 
.
|
v0 u0 u0 u |
I I II II v0
|
Рис. 2.62. Схема взаимодействия Рис. 2.63. К определению
свободной струи с движущейся реактивной силы струи
преградой
Таким образом, реактивная сила
направлена в сторону, противоположную
направлению движения струи, и в два раза
больше силы, обусловленной гидростатическим
давлением
