Струмінь
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Струмінь

Струмінь, форма перебігу рідини, при якій рідина (газ) тече в навколишньому просторі, заповненому рідиною (газом) з тими, що відрізняються від С. параметрами (швидкістю, температурою, щільністю і т. п.). Струминні течії надзвичайно поширені і всілякі (від С., витікаючою з сопла ракетного двигуна, до струминного перебігу в атмосфері). При їх вивченні розглядаються зміни швидкості, щільність, концентрації компонентів газу і температури як в самій С., так і в її довкіллі. Струминні течії класифікують по найбільш істотних ознаках, що враховуються при спрощенні вирішуваних завдань. Велике значення має С., витікаюча з сопла або отвори в стінці судини. Залежно від форми поперечного перетину отвору (сопла) розглядають круглі, квадратні плоскі С. і т. п. Якщо швидкості перебігу в С. на зрізі сопла паралельні, її називають осьовою; розрізняють також віялові і закручені С.

загрузка...

  Відповідно до характеристик речовини розглядають С.  краплинної рідини, газу, плазми і т. п. Для С. стискуваних газів істотним є відношення швидкості газу v на зрізі сопла до швидкості а поширення звукових хвиль — Маху число M = v / а; залежно від значення М-коди розрізняють С.: дозвукові  ( М-код < 1) і надзвукові ( М-код > 1). У особливий клас виділяються двофазні С., наприклад, газові, такі, що містять рідкі або тверді частки.

  Аналогічна класифікація проводиться і для середовища, в якому тече С.

  Залежно від напряму швидкості перебігу газу (рідини) в тій, що оточує середовищу розрізняють С., витікаючі в спутний (направлений в ту ж сторону), зустрічний і зносячий потік (наприклад, С. рідини, витікаюча з труби в річку і направлена, відповідно, за течією, проти течії і під кутом до швидкості перебігу річки). С., витікаюча в басейн, — приклад С., витікаючою в нерухоме середовище. Якщо склад рідини (газу) в С. і що оточує її нерухомому середовищу ідентичний, С. називається затопленою (наприклад, С. повітря, витікаюча в нерухому атмосферу). С. називається вільною, якщо вона витікає в середу, що не має обмежуючих поверхонь, напівобмеженою, якщо вона тече уздовж плоскої стінки, обмеженої, якщо витікає в середу, обмежену твердими стінками (наприклад, С., витікаюча в трубу, більшого діаметру, чим діаметр сопла). Особливо розглядаються С., оточуючі перешкоди.

  Відповідно до фізичних особливостей речовини С. і зовнішнього середовища розрізняють С. що змішуються (С. газу, витікаюча в повітря) і що не змішуються (С. води, витікаюча в атмосферу). Поверхня що не змішується С. нестійка, і на деякій відстані від зрізу сопла С. розпадається на краплі. Далекобійність такий С. — відстань, на якій вона зберігається монолітною, залежить від фізичних властивостей її речовини і рівня початкових обурень в соплі. Для збільшення далекобійності С. води пожежного брандспойта внутрішня поверхня сопла профілюють і ретельно шліфують. В С. бойових вогнеметів, крім того, в рідину додають спеціальні присадки для збільшення коефіцієнта поверхневого натягнення. Для зменшення далекобійності С., витікаючою з форсунок, її турбулізуют, закручують, а інколи заздалегідь змішують з газом.

  У разі, коли речовина С. здатне змішуватися з речовиною зовнішнього середовища, на її поверхні утворюється та, що монотонно розширюється уподовж С. область в'язкого перемішування — струминний пограничний шар. Залежно від режиму течії в шарі перемішування розрізняють С. ламінарниє або турбулентні. С. з сопла реактивного двигуна літака, що летить, — приклад турбулентної надзвукової С., витікаючою в спутний потік, який залежно від швидкості польоту літака може бути дозвуковим або надзвуковим. У дозвуковій турбулентній С. статичний тиск в будь-якій крапці С. постійно і дорівнює тиску в навколишньому просторі. Такі С. називаються ізобарічеськимі, широко поширені в різних технічних системах (вентиляційні установки, промислові печі і т. п.). На зрізі сопла спутной ізобарічеськой С. (перетин АА, мал. 1 ) швидкість перебігу v про відрізняється від швидкості спутного потоку v н . На кордоні С. і зовнішнього потоку утворюється пограничний шар Т, що складається з газу С. і захопленого нею газу зовнішнього середовища. Витрата газу в С., обмеженою розміром b, у міру видалення від зрізу сопла монотонно збільшується, але сумарна кількість руху газу, визначена по надлишковій швидкості, залишається незмінною.

  В початковій ділянці С. при х < х н пограничний шар, що розширюється, ще не досягає осі течії; швидкість v поблизу осі постійна і дорівнює швидкості на зрізі сопла. У перехідній ділянці С. х н < х £ х п в'язке перемішування поширюється на весь об'єм С., швидкість течії на осі зменшується, але профілі швидкостей ще не встановлюються. У основній ділянці С. ( х > х п ) швидкість течії на осі продовжує зменшуватися, а профілі відносної швидкості Dv / Dv m = f ( в / b ) стають незмінними (автомодельними) (Dv = v —vv н ,dv m = v m —vv н — надлишкові швидкості в даній точці течії і на осі С.). Розширення С. на основній ділянці так само, як і розширення пограничного шару в початковій ділянці турбулентної С., пропорційно середньому значенню міри турбулентності течії  (З — константа), тобто залежить від різниці швидкості на осі С. і швидкості зовнішнього потоку. Аналогічні залежності характеризують зміни температури і концентрації компонентів газу у випадку, якщо вони різні в газу С. і зовнішнього середовища.

  Якісно аналогічна, хоча і складніша, надзвукова турбулентна нерозрахункова С.. Сюди відносяться С., витікаючі з надзвукових сопел реактивних і ракетних двигунів, газових і парових турбін і т. п. Початкова газодинамічна ділянка нерозрахункової надзвукової С. (перша «бочка», мал. 2 ) х £ х нг визначається як відстань від зрізу сопла до пересічення ударних хвиль 2 з кордоном С. Геометрічеськие розміри і структура цієї ділянки залежать від нерасчетності С. n = p а н (де р а тиск в С. на зрізі сопла, р н тиск в довкіллі) чисел Маху на зрізі сопла M а і в довкіллі М-коду н і фізичних характеристик газу С. і зовнішнього середовища. Що виникає на кордоні С. шар в'язкого перемішування досягає осі С. на відстані х нв . Далі після перехідної ділянки х п , в якому затухають хвилі тиску і встановлюються автомодельні профілі швидкості, температури і концентрації, С. стає ізобарічеськой. В разі надзвукової течії в спутном потоці ( М-код н > 1) перед С. утворюється ударна хвиля 1 . Розглянуті схеми С. відрізняються від дійсної течії, яка значно складніше, проте на їх основі удається створити методики розрахунку, що дозволяють з достатньою точністю визначити поля швидкостей, температури і концентрації в С. і довкіллю. Рішення цієї задачі необхідне для визначення кількості речовини захоплюваного (що ежектується) С. із зовнішнього середовища, розрахунків силової і теплової взаємодії С. з поверхнею, розташованою на заданій відстані від зрізу сопла, випромінювання С. і для ряду ін. завдань.

  Літ.: Абрамович Р. Н., Теорія турбулентних струменів, М., 1960; Вуліс Л. А., Кашкарев Ст П., Теорія струменів в'язкої рідини, М., 1965; Надзвукові струмені ідеального газу, ч. 1—2, М., 1970—71.

  М. Я. Юделовіч.

Мал. 2. Надзвуковий нерозрахунковий струмінь в надзвуковому спутном потоці: х нг — початкова газодинамічна ділянка струменя (перша «бочка»); x п — перехідна ділянка струменя; х нв — відстань, на якій шар в'язкого перемішування досягає осі течії; Т — область в'язкого перемішування (пограничний шар) струменя; 1 — ударна хвиля, що виникає в спутном потоці; 2 — ударні хвилі в струмені.

Мал. 1. Спутная ізобарічеськая струмінь газу: b про — радіус сопла; b — радіус струменя; Х н — довжина початкової ділянки; Х п — довжина перехідної ділянки; v про — швидкість перебігу на зрізі сопла; v н — швидкість перебігу зовнішнього середовища; v m < v про — швидкість перебігу на осі струменя; Т — пограничний шар струменя.