Файл: Лебедев И.В. Элементы струйной автоматики.pdf

Если имеются математические зависимости, которые описы­

Передача энергии струями рассматривалась многими иссле­ дователями в предположении, что давление в приемном канале равно осредненному давлению торможения той части струи, ко­ торая попадает в этот канал. Такой подход не учитывает, что при взаимодействии струи с приемной частью возникают слож ­ ные вторичные течения, связанные с неравномерностью распре­ деления скоростей в струе. Эти течения, как показывают иссле­ дования, существенно влияют на расход и давление в приемном канале.

Особенности течения в области приемного сопла. Особенно­

скоростной напор на оси струи максимальный, а по мере удале­ ния от оси он убывает, стремясь к нулю. С другой стороны, при втекании струи в приемный канал должно соблюдаться уравне­ ние баланса расходов:

ратные течения возникают в периферийной части приемного ка­ нала, где динамический напор набегающего потока сравнитель­ но мал.

Обратный поток может распространяться либо в направлении оси струи, либо отклоняться от этого направления в результате взаимодействия с периферийными частями струн. Направление течения обратного потока зависит от соотношения ширин струи и приемного канала.

Если ширина приемного отверстия мала по сравнению с ши­

торможения. Если ширина приемного канала существенно боль­ ше ширины струи, то картина течения аналогична течению при втекании струп в тупик [3]. Обратный поток при этом распро­ страняется параллельно оси струи. Случаи же, встречающиеся в реальных элементах, являются промежуточными по сравне­ нию с указанными двумя предельными случаями.

175.

Рассмотрим осесимметричную свободную струю несжимае­ мой жидкости. В общем случае струя содержит участки п лами­

дящей вблизи входа в приемный канал там, где структура струн еще не нарушена; плоскостью EF, проведенной нормально к оси

приемного канала на таком расстоянии от его входа, где движе­

впроекции на оси струи:

Рв а в — Л .с -Ь 72.Ѵ — h x 't

канала. Поток этот состоит из обратного потока, вытекающего из приемного канала, и отклоняемого потока; / Зх — проекция на ось струи импульса потока в сечении EF.

Импульс

176

может быть вычислен, если использовать уравнение распределе­ ния скоростей (194). Импульс І 3х также может быть определен, поскольку сечение E F проведено там, где распределение скорос­

тей в выходном канале является равномерным. Структура сбра­ сываемого потока для общего случая в настоящее время еще не исследована. Поэтому введем поправочный коэффициент

Рассмотрим теперь указанные выше два предельных случая: нормальное натекание струи на стенку и втекание струн в тупик, позволяющие полнее представить сущность возникающих яв­ лений.

Натекание осесимметричной струи на плоскую стенку. Со­ ударение изотермической осесимметричной струи несжимаемой жидкости с плоской поверхностью, перпендикулярной оси сопла, рассматривалось в ряде работ [48, 6 8 ]. Струя, натекающая на

плоскую стенку, после соударения с ней образует веерную струю, растекающуюся радиально от точки пересечения оси струи со

течения можно разбить на четыре зоны: / — начальный участок; II — основной участок; III — зона поворота потока; IV — зона установившегося радиального течения (рис. 71, б). Причем в зо­ нах / и II распределение скоростей такое же, как и в свободной

струе.

Наибольший интерес представляет зона поворота III, грани­

давление достигает максимума. При этом распределение давле­ ний по стенке аналогично распределению давлений торможения в струе перед разворотом.

Распределение давлений по стенке, очевидно, не изменится, если сделать в стенке отверстие достаточно малого диаметра по оси струи. В этом случае обратный расход практически отсутст­ вует, и сбрасываемый расход равен расходу отклоненного пото­

Как видно, в этом случае | = 0,5. При увеличении диаметра приемного отверстия могут возникнуть обратные потоки, изме­ няющие картину течения.

Втекание струи в тупик. Задача расчета такого течения рас­ сматривалась рядом авторов [3]. Здесь ж е нас будут интересо­ вать только вопросы, связанные с определением давления и рас­ хода на выходе камеры.

Рассмотрим цилиндрическую камеру, имеющую площадь по­ перечного сечения соз (рис. 71, е). На входе камеры расположено сопло, площадь поперечного сечения которого соіСрез сопла находится в одной плоскости с входным сечением камеры. Струя из сопла попадает в камеру. Если камера на противоположном конце соединена с атмосферой или нагрузкой, имеющей неболь­ шое сопротивление, то струя эжектирует воздух через кольцевое сечение co2, и расход на выходе Q3 определяется выражением

Q3 = Qi + Q‘2>

Поправка, учитывающая обратный поток, определяется выра­ жением

=1 4

Таким образом, безразмерное давление на выходе

178

При <7 = 0 (заглушенный выход) имеем

1 - 1 /Ѵ2 '

Очевидно, имеют смысл только случаи, когда у2 > 1, так как при у 2 < I а2 -*- оо, что невозможно. При этом допущение о том, что давление в сечении AB равно атмосферному, несправедли­ во — течение в камере смешения при у2 ^ 1 является напорным.

Рассмотренный пример показывает, что для случая больших значений у2 обратный поток существенно влияет на давление на

выходе камеры.

Картина течения в реальных струйных элементах отличается от течения в двух описанных предельных случаях. Однако их рассмотрение позволяет представить физическую сущность яв­

камерой может иметь место переход ламинарного течения в тур­ булентное.