Теоретические сведения. Свободная затопленная струя вследствие действия сил трения на границе

Свободная затопленная струя вследствие действия сил трения на границе струи с неподвижной средой и турбулентного перемешивания внутри струи постепенно расширяется и на некотором расстоянии от выходного сечения рассеивается. Действие сил трения на граничной поверхности приводит к уменьшению скорости на периферии струи, что при постоянном расходе истечения означает непрерывное увеличение поперечного сечения струи.

Вблизи начального сечения 1-1 располагается область течения, называемая ядром струи и характеризующаяся наличием зоны постоянных скоростей, равных скорости истечения u_о. Слой поперечного сечения струи, где происходит искажение эпюры первоначального распределения скоростей по сечению струи называется пограничным слоем (область струи между ядром и границей струи). Толщина ядра струи (ядро постоянных скоростей практически равных начальной скорости истечения) постепенно уменьшается до нуля (в сечении 2-2), а толщина пограничного слоя возрастает. Длина ядра струи (Хн) называется начальным участкомструи и составляет около 5 диаметров струи r₀ в начальном сечении.

За переходным сечением 2-2 начинается основной участок струи, в котором зона постоянных скоростей отсутствует, скорость, имевшаяся в переходном сечении, постепенно уменьшается до нуля. а пограничный слой постоянно увеличивается и занимает все поперечное сечение.

Угол образующей поверхности пограничного слоя струи зависит от степени турбулентности струи и называется углом расширения (a). Радиус круглой струи R на некотором расстоянии Х от начального сечения меняется линейно в зависимости от угла расширения струи c учетом коэффициента турбулентной структуры струи (а), зависящем от распределения скоростей в начальном сечении.

Точка пересечения плоскости пограничного слоя (т.О) называется полюсом струи. Полюс струи расположен на некотором расстоянии Хо от начального сечения. Его положение определяется углом расширения струи.

Основные расчетные соотношения для свободной затопленной турбулентной струи получены Г.Н. Абрамовичем:

Таблица 5.

Параметр	Значения параметров или расчетная формула для
круглой струи	плоской струи
Коэффициент а турбулентной структуры,	0,08	0,09 – 0,12
Половина угла расширения струи, a	tga=3,4 а	tga=2,4 а
Расстояние от полюса до начального сечения, Хо	0,29 r0 / a	0,41 bо /а ,где bо- полувысота отверстия
Длина начального участка, Хн	0,67 r0 / a	1,03 bо /а
Радиус или полутолщина струи, R или (b)	(3,4аХ / r0 +1) r0	(2,4аХ /bо +1) bо
Скорость на оси основного участка струи
Расход на основном участке, Q	2,2Qо(аХ/r0 +0,29)

 

Цель работы:

Исследование структуры свободной затопленной струи при турбулентном режиме движения.

Задачи работы:

Определить опытным путем характер распределения скоростей для плоских живых сечений основного участка круглой свободной струи, сопоставить результаты со справочными данными.