4. Соударение двух струй в неограниченном пространстве

Изменение угла встречи двух соударяющихся струй, выте­кающих в неограниченное пространство, удается изменить форму, характер затухания скорости и направление движе­ния образовавшейся при соударении слившейся струи. В пламенных печах, используя отопление посредством направленных под углом друг к другу горелочных устройств, возможно изменять форму и длину как аэродина­мического факела, так и факела горения по сравнению с отоплением одной горелкой.

При решении задачи о соударении струй круглого, пря­моугольного или сложного начального сечения аналитичес­кого решения получить, как правило, не удается. Таким об­разом, в настоящее время эксперимент является единствен­ным способом, позволяющим получить ответ на поставлен­ные практикой эксплуатации печей вопросы.

Рис. 10.7. Схема изменения формы слившейся струи, полученной при соударении двух круглых струй на начальном (I), переходном (II) и основном (III) участках:b ширина слившейся струи в плоскости перпендикулярной углу встречи;h– то же в плоскостиx0y

На рис. 10.7 показана струя, образовавшаяся в результате соударения двух осесимметричных струй, вытекающих из сопел одинакового диаметра (d₀₁ = d₀₂ = 24,1 мм; Re₀₁ = Re₀₂ = 6010³), начальный профиль средних скоростей которых характеризовался отношением 0,84, гдеи средняя и максимальная скорости в на­чальном сечении струи. На­чальный участок этой струи простирается от среза сопел до места соприкосновения внешних границ соударяющихся струй. Его длина оп­ределяется геометрическим построением и зависит от расстояния между соплами и угла встречи струй. Пере­ходный участок начинается от места соприкосновения внешних границ соударяющихся струй и кончается на таком расстоянии, начиная с которого перестают дейст­вовать силы, вызывающие деформацию (сплющивание потока).

В конце переходного участка ширина слившейся струи

(10.43)

где d_г  диаметр одной из соударяющихся струй в одина­ково удаленном поперечном сечении. В случае отсутствия второй струи d₀  начальный диаметр одной из соударяю­щихся струй; n и k₂ —эмпирические константы; равные со­ответственно 2,0 и 0,0062;   угол встречи соударяющихся струй. Основной участок слившейся струи представляет со­бой свободную одиночную струю.

Экспериментальные исследования позволили устано­вить, что угол расширения границы основного участка слив­шейся струи составляет 19  20^o при угле расширения границы каждой из соударяющихся струй 18,2^o.

Обработка опытных данных показала, что изменение скорости вдоль оси слившейся струи, образованной при раз­личных углах встречи (соударения) происходит по одному и тому же закону:

(10.44)

Из этого уравнения следует важный вывод об уменьше­нии дальнобойности такой струи с увеличением угла встре­чи соударяющихся струй. Последнее является следствием изменения уровня турбулентности вдоль оси слившейся струи, а также увеличения отношения периметра струи к ее сечению, в результате чего из окружающей неподвиж­ной среды втягивается большая масса газа, которая оказы­вает более значительное тормозящее действие.