Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ
Посмотреть оригинал

Свободные незатопленные струи

Струя жидкости, вытекающая из отверстия или насадка в газовую среду (чаще всего в атмосферу), испытывает действие силы тяжести, инерционных сил, сил трения, поверхностного натяжения, сил давления. В результате действи этих сил поток жидкости структурно изменяется и в дальнейшем распадается. Техническое применение таких стру разнообразно. Для условий строительного производств и областей техники, близких к этому производству, можно выделить три направления применения незатопленных струй. Первое направление — это разработка массивов грунта, когда под действием мощных гидромониторных струй разрушается структура грунта и обрушенный грунт подается н дальнейшую переработку или техническое использование Второе направление — использование незатопленных стру в пожарной технике. Третье направление — использовани силы воздействия струи на конструктивные элементы различных технических устройств, преобразующих это воздействие в другой вид движения (например, воздействие стру на лопатки рабочих колес турбин).

Исходя из этих направлений рассмотрим структуру и особенности течения для свободных незатопленных турбулентных струй, вытекающих из насадков в атмосферу.

Для незатонленной струи различают три ее структурные части: компактную, раздробленную и распыленную (рис. 10.6).

Структура свободной незатопленной струи

Рис. 10.6. Структура свободной незатопленной струи:

  • 1 — насадок; 2 — компактная часть; 3 — раздробленная часть;
  • 4 — распыленная часть

Компактная часть струи — сплошной поток струи, имеющий форму насадка.

В раздробленной части происходит разрушение сплошности потока, его расширение.

Распыленная часть струи состоит из отдельных крупных и мелких капель.

В струях, предназначенных для разработки грунтов, так называемых гидромониторных струях, главным элементо является компактная часть струи. Длина этого участка по исследованиям Н. II. Гавырина:

где р — угол наклона ствола гидромонитора к горизонту, град; б/0 — диаметр выходного отверстия ствола, мм; Н — напор воды на выходе из гидромонитора, м.

Рассмотрим некоторые характеристики незатопленных струй.

Высота вертикальной струи — Яи, высота ее компактной части - Як, напор на выходе из насадка диаметром с/0 — Я Оказывается, для такого расположения струи Я„ < Я (в результате преодоления сил сопротивления между струе и воздухом), Як < Яв (структурная особенность струи) Потери напора при движении струи в воздухе

Эти потери напора можно записать по аналогии с формулой Дарси — Вейсбаха:

где у0 — скорость на выходе из насадка; к — коэффициент трения.

Если подставить в уравнение (10.3) формулу (10.2) и вы-ражение для скорости истечения из насадка у0 = фцУ^//, получим

в результате

Если принять (рм ~ 1, получим

Из опыта было получено для <р„ = 1 В (г/0 подставляется в метрах, к — величина безразмерная).

График функции р =/(//„)

Рис. 10.7. График функции р =/(//„)

Далее определим высоту компактной части струи Нк:

В соответствии с экспериментальными данными коэффициент р уменьшается с увеличением Нв (рис. 10.7).

В случае наклона струи к горизонту под углом 0 (рис. 10.8), как показывает опыт, для приближенных расчетов можно принимать /?к = Нк, где — расстояние от насадка до места конца компактной части струи; Нк высот компактной части вертикальной струи.

Это говорит о том, что сила тяжести не оказывает влияния на компактную часть струи в случае ее наклона.

Радиус действия струи

Рис. 10.8. Радиус действия струи:

1{к радиус компактной части; /?р — радиус распыления

Расстояние от насадка до конца распыленной части струи

где — коэффициент, зависящий от угла наклона струи 0: 1р<1,4.

Свободная незатопленная струя оказывает силовое воздействие на преграду, установленную перед ней. Это воздействие максимально, если на преграду действует компактная часть струи.

Определим величину такого воздействия Р на плоскую преграду, расположенную перпендикулярно компактно части струи, вытекающей из цилиндрического насадк (рис. 10.9).

Запишем закон сохранения количества движения (4.47) для двух сечений: 1—1 по концу насадка и круглоцилиндрического сечения 2—2, параллельного оси X, направленно по оси насадка. На плоскость преграды эго сечение проеци-

Воздействие свободной незатопленной струи на преграду

Рис. 10.9. Воздействие свободной незатопленной струи на преграду

руется в окружность, а линии тока растекающегося потока жидкости направлены по радиусам этой окружности:

Принимаем ао = 1, другие параметры в соответствии с рис. 10.9 в проекции на ось Х

Рх = Р = 0 (в сечении 1—1 избыточное давление равно нулю); В Принимаем /ф « 0.

Ях = Я = -/'(сила реакции преграды равна силе действия струи на преграду с обратным знаком).

В результате получаем

Отсюда сила воздействия струи на преграду

или, если обозначить сох = со — площадь сечения насадка на его выходе; у^ = у — скорость истечения через насадок,

Формулу (10.8) можно представить в другом виде, если умножить и разделить правую часть на величину 2#:

где используется величина скоростного напора

Формула (10.9) показывает, что сила давления струи жидкости на вертикальную плоскую стенку равна произведению удвоенного скоростного напора на площад сечения струи и удельный вес жидкости струи.

Следует отметить, что растекание струи на практике не такое гладкое, как принято на схеме рис. 10.9, поэтому формулу (10.8) можно записать в виде

где т — поправочный коэффициент, т = 0,92-^0,95.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы