Читайте также:
|
|
Если из сопла (рисунок 12.1) диаметром d вытекает струя со скоростью больше критической в среду той же температуры при равномерном поле скоростей в выходном сечении сопла, то на поверхности раздела струи со средой возникают вихри, беспорядочно движущиеся вдоль и поперек потока. Между струей и средой происходит обмен конечными массами газа, чем осуществляется поперечный перенос количества движения. Газ из прилегающих слоев окружающей среды увлекается в струю, а самой струи – затормаживается; масса струи и ее ширина увеличиваются, а скорость у границ падает. По мере удаления от сопла это возмущение распространяется на все большее количество слоев окружающего газа. С другой стороны, в струю все глубже проникают частицы окружающего газа, пока не достигают оси струи (точка С). Дальнейшее смешение струи с газом из окружающей среды происходит по всему сечению струи и сопровождается увеличением ее ширины и падением скорости на оси.
Рисунок 12.1
Область смешивания вещества струи с газом из окружающей среды называется турбулентным пограничным слоем или зоной смешения струи. С внешней стороны пограничный слой соприкасается с окружающим газом, образуя границу струи по поверхности, во всех точках которой компонента скорости, параллельная оси затопленной струи, равна нулю, а на границе спутной струи – скорости спутного потока. С внутренней стороны пограничный слой граничит с невозмущенным потенциальным ядром постоянных скоростей струи АВС, в котором скорость равна скорости истечения из сопла.
Сечение струи в точке С, в котором оканчивается невозмущенное ядро, называется переходным; участок до него – начальным, а после него – основным. Точку О пересечения внешних границ струи называют полюсом.
Продольная скорость в потенциальном ядре Uо остается постоянной, в связи с постоянным статическим давлением, а поперечная составляющая V1 =0.
Перестройка кинематической структуры струи происходит на переходном участке, длину которого принимают равной нулю.
В турбулентной струе поперечные составляющие скорости малы по сравнению с продольной и ими в инженерных расчетах пренебрегают.
На начальном участке в невозмущенном ядре скорость постоянна и равна скорости на выходе из сопла, а в пограничном слое скорость падает от этой величины до нуля на границе затопленной струи или до скорости окружающей среды в спутном потоке.
Кривые распределения скоростей в различных сечениях основного участка имеют максимум на оси струи, а по мере удаления от нее скорость падает и у границы становится равной скорости спутного потока или нулю при затопленной струе. По мере удаления от сопла струя становится шире, а профиль скоростей ниже.
В безразмерных координатах профили скоростей в различных сечениях на начальном участке имеют универсальный характер, описываемый формулой:
(12.1)
где Uo, U и U2 – соответственно скорость в невозмущенном ядре струи, равная скорости истечения из сопла; скорость в произвольной точке пограничного слоя начального участка; скорость спутного потока;
– безразмерная координата;
b=r1-r2 – ширина пограничного слоя осесимметричной струи;
r1 и r2 – радиусы потенциального ядра и наружной границы осесимметричной струи;
у – текущая ордината, отсчитываемая от оси Х, идущей от кромки сопла параллельно оси струи.
В основном участке струи универсальный профиль безразмерной скорости описывается уравнением:
(12.2)
где Um – скорость на оси струи в рассматриваемом сечении (максимальная скорость);
x = у/r – безразмерная координата для осесимметричной струи;
r – радиус поперечного сечения осесимметричной струи в основном участке.
Для определения границ струи необходима характеристика расширения струи, определяемая поперечными пульсациями струи. Установлено, что нарастание ширины зоны смешения затопленной струи имеет линейный закон:
Вз=Сз Х, (12.3)
где Сз – угловой коэффициент расширения зоны смешения затопленной струи;
Х – абсцисса, отсчитываемая от полюса основного участка при истечении газов с равномерным полем скоростей в начальном сечении струи и с обреза сопла – на начальном участке.
Дата добавления: 2015-12-07; просмотров: 64 | Нарушение авторских прав