Незатопленная турбулентная струя

Рис.6

Последнюю зависимость можно прочитать так: для сходственных точек всех поперечных сечений отношение есть величина постоянная:

где –скорость в произвольной точке сечения струи.

Однако это подобие эпюр скоростей не следует понимать как простое геометрическое подобие между ними. Это подобие представляет собой некоторое однообразие в форме эпюры. Оно заключается, по существу, в одной и той же закономерности распределения скоростей во всех сечениях основного участка струи. В связи с этим, если известны эпюра скоростей и закономерность изменения скорости в какой-либо характерной точке сечения, например в осевой точке , то этим полностью определяется все поле скоростей струи.

Г.Н. Абрамович дает следующее уравнение осевой скорости для круглой струи:

(6.19)

где x – расстояние от «полюса» до рассматриваемого сечения струи; d –диаметр выходного отверстия; a –коэффициент турбулентности или коэффициент структуры, учитывающий структуру потока в выходном сечении.

Для практических расчетов можно принимать a =0,08.

Все параметры круглой струи определяются по формулам

(6.20)

(6.21)

; (6.22)

. (6.23)

В этой струе можно выделить три характерные части: компактную, раздробленную и распыленную (рис.7).

В пределах компактной части струя сохраняет цилиндрическую форму, а сплошность потока еще не нарушается. В пределах раздробленной части сплошность струи нарушается, причем наблюдается ее постепенное расширение. Наконец, в пределах распыленной части струи происходит распад потока на отдельные капли. Разрушение струи, т.е. ее раздробление, а затем и распыление, объясняется аэрацией струи. Аэрация же, в свою очередь, обусловливается действием сил собственного веса жидкости и сил сопротивления воздуха, вызывающих турбулентный обмен частиц через границу между воздушной и водяной средами.

Рис.7

Уравнение теоретической траектории свободной струи выводится из предположения, что все частицы движутся совершенно одинаково, причем каждая, как свободная материальная точка в пустоте. В этом случае уравнение траектории (рис.8) в параметрической форме может быть представлено в виде:

(6.24)

(6.25)

где –начальная скорость; –угол наклона вектора начальной скорости к горизонту; –время.

Исключая время, получим

(6.26)

Полагая в последней формуле y=0, определим –теоретическую дальность полета струи (дальность боя), откуда следует, что теоретическая максимальная дальность боя будет при