Давление струи жидкости

Вытекающая изнасадка струя при встрече с твердой преградой действует на нее силой давления, величина которой зависит от скорости и размеров поперечного сечения струи жидкость, формы и размеров преграды ее расположения по отношению к струе. Это используется в практике, например, для разрушения гидромониторами горных пород, в брандспойтах, в гидротурбинах и т. п.

В общем случае сила давления струи жидкости на преграду равна потерянному количеству движения, поэтому рассмотрим уравнение количества движения применительно к гидравлическим процессам.Как известно из механики, для материальной точки уравнение количества движения в проекции на некоторую ось х имеет вид

Применительно к жидкости теорема относится к массовому расходу, т. е к массе жидкости, проходящей через заданное сечение в 1 с. В этом случае приращение времени численно равно единице, и теорема представляется уравнением

(5.8)

которое читается: изменение количества движения массового расхода жидкости равно сумме всех внешних сил, действующих на поток. Рассмотрим случай встречи струи жидкости с плоской, перпендикулярной к оси струи преградой. Жидкость после столкновения с преградой растекается по ее поверхности (рис. 33, a), т. е. поток поворачивается на 90", поэтому проекция скорости на направление ее первоначального движения уменьшается до нуля. Потерянная скорость равна ее абсолютной величине, а расход равен произведению сечения струи на скорость потока. Следовательно, сумма внешних сил есть реакция стенки, равная

(5.9)

Если принять значение расхода и скорости жидкости изнасадка согласно формулам (5.1) и (5.2), то сила давления струи на преграду

(5.10)

Для случая, когда препятствие располагается под углом к оси струн, сила давления

(5.11)

Если преграда представляет собой криволинейную поверхность (см. рис. 33, б), отклоняющую набегающую струю жидкости на 180°, то сила давления струи

(5.12)

т.е. превышает гидростатическое давление в 4 раза. Поэтому рабочие элементы гидротурбин имеют такую форму.

В случае, когда преграда движется в том же направлении, что и жидкость, то сила воздействия струи уменьшается:

(5.13)

Где u- скорость перемещения преграды.

Мощность, передаваемая струей плоской преграде,

. (5.14)