Файл: Дмитриев Ю.Я. Гидравлические импульсные струи на лесосплаве.pdf

40

Зависимость изменения осевой скорости фронта импульсной струи с изменением расстояния вдоль оси OZ представлена в гра­ фическом виде (рис.-21).

Проведенные наблюдения показали, что импульсная гидравли­ ческая струя, вытекающая из отверстия конического насадка в массу однородной с нею жидкости, начиная с некоторого рас­ стояния, распространяется в ней по определенному, характерному для всех случаев закону. Действительно, с удалением точки вдоль осп OZ от выходного отверстия насадка О величина скорости фронта импульсной струи быстро падает, причем величина произ­ ведения vzZ, как видно из последних столбцов табл. 4, для всех дальнейших точек струи остается с некоторым приближением по­ стоянной, т. е.

близкой к гиперболе, симметричной относительно осей координат. В формуле (24) численное значение постоянной С зависит от на­ чальных условий, увеличиваясь с увеличением диаметра насадка

где ер — коэффициент пропорциональности.

Как известно из работ А. Я. Миловича, В. М. Коновалова и др., коэффициент ф является величиной переменной, поэтому в слу­ чае распространения импульсных гидравлических струй требует дополнительного экспериментального исследования, для чего не­ обходимо исследовать сначала начальный участок импульсной струи каждого единичного импульса. Кроме того, формула (24) иацисана с некоторым приближением и, как видно из табл. 4, также требует некоторой корректировки. С . этой целью проводи­ лось дальнейшее исследование распространения импульсной струи: определение кривой, являющейся образующей боковой поверхно-. сти струи, и формы поперечных сечений импульсной струн на раз­ личном расстоянии от плоскости выходного сечения насадка.

Исследование начального участка импульсной гидравлической струи. С применением метода скоростного фотографирования

41

наблюдалась динамика развития начального участка импульсной гидравлической струи в течение каждого единичного импульса. Масса жидкости, составляющая струю, вытекающую из круглого конического насадка диаметром do, в начальной своей стадии со­ храняет поперечное сечение, равное выходному сечению насадка. Вдоль по оси струи на ее начальном участке наблюдается ярко вы­ раженное ядро постоянной сплошности массы жидкости, имеющее форму прямого кругового конуса. Основанием конуса служит вы­ ходное отверстие насадка, вершима его лежит на оси импульсной струи.

Схематично строение начального участка представлено на рис. 22. Форма строения начального участка импульсной гидрав­ лической струи остается одинаковой для всех случаев начальных

ных струях, можно предположить, что на рассматриваемом участке действуют постоянные осевые скорости, равные начальной макси­ мальной скорости истечения струи.

Длина участка зависит не от начальной скорости истечения струи, а от диаметра выходного сечения насадка. Сравнивая ре­ зультаты третьего и четвертого столбцов табл. 5, можно с уверен­ ностью отметить, что длины начального участка как импульсной струи, так и стационарной равны по величине. Здесь наблюдается

I

ярко выраженная аналогия характера распространения импульс­ ной и стационарной гидравлических струй.

Форма боковой поверхности и поперечных сечений импульсной гидравлической струи. Как известно, свободная затопленная гид­ равлическая струя, вытекающая из цилиндрического или кониче­ ского насадка в неограниченное пространство, заполненное той же жидкостью, распространяется осесимметрично относительно про­ дольной оси струи, имея конически расходящуюся форму боковой поверхности, определяемую уравнением вида г = а/Р, где а и ß —• безразмерные коэффициенты.

Импульсная же гидравлическая струя, распространяясь в тех же условиях, но встречая при каждом единичном импульсе каж­

43

водного пространства, будет распространяться сходным образом со стационарной струей. И действительно, как показали проведен­ ные нами опыты (табл. 6), импульсная гидравлическая струя в неограниченном водном пространстве распространяется осесим­ метрично относительно продольной ее оси, непрерывно расширя­ ясь как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях.

При выходе из насадка с круглым сечением в начальной своей стадии струя имеет площадь поперечного сечения, одинаковую с насадком (площадь круга). По мере дальнейшего распростране­ ния вдоль оси OZ радиус сечения (радиус круга) постепенно уве­ личивается, причем горизонтальный радиус увеличивается быстрее вертикального в каждом сечении струн (/у>/'в), и поперечные се­ чения струи принимают форму эллипса с большой горизонтальной осью.

Рис. 23. Образующие боковой поверхности импульсной струи

На рис. 23 представлены образующие боковых поверхностей им­ пульсных струй, распространяющихся в неограниченном водном пространстве для случаев: а) do= 5 мм, Нтах— 75 см\ б) do= = 10 мм, Нтах= 100 см. На чертежах точки, обозначенные* соотт ветствуют точкам образующей поверхности струн в сечении по вертикальной плоскости; точки, обозначенные х, •— по горизонталь­ ной плоскости.

На рис. 24 дается схематическое изображение поперечных сече­ ний импульсной струи, отстоящих от выходного сечения насадка на расстоянии 50, 100, 150, 200, 250 мм. Опытами по определению конфигурации поперечных сечений импульсной гидравлической струи, проведенными с помощью скоростного фотографирования, установлено, что в подавляющем большинстве случаев поперечные сечения относительно горизонтальной оси струп на большей длине ее представляются рядом эллипсов с коэффициентом сжатия, не превышающим величины, равной 0,9.

44

Изучение формы поперечных сечений импульсной гидравличе­ ской струи дает возможность более или менее точно судить о форме ее боковой поверхности. Но чтобы смысл изложенного был более

ется равной начальной и на первых порах площадь сечения струи остается равной площади выходного сечения насадка. Взаимо­ действие струи с окружающей средой тех же физических свойств ведет к изменению радиуса ее поперечного сечения, и струя Dac-

рых а = 0,037 и ß = 1,30.

Таким образом, для импульсных гидравлических струй обра­ зующая боковой поверхности определится следующей аналитиче­

Придавая произвольные численные значения переменной . Z в формуле (26), получим вполне определенные числовые значения радиуса струи г.

Сравнение численных значений Z и г с экспериментальными данными приведены в табл. 7.

Экспериментальное определение коэффициента ср. Уже указы­ валось, что коэффициент ср является величиной переменной. Чис­ ленное значение ср зависит как от величины диаметра выходного сечения насадка и начальной скорости истечения импульсной струи, так и от ряда других факторов. Для выражения некоторых

45