Свободная изотермическая струя

Турбулентная струя, как и всякое турбулентное истечение, характеризуется интенсивным поперечным перемещением частиц. Вследствие этого периферийные слои струи подтормаживаются, а слои окружающего неподвижного воздуха, находящиеся вблизи струи, приходят в движение. В результате создается пограничный слой струи, который по направлению течения непрерывно утолщается. Таким образом, размеры струи по течению увеличиваются, масса ее растет, а скорость убывает.

Перенос вихревых масс, обуславливающий изменение скоростей в струе, обуславливает также распределение в струе концентраций (а для неизотермических струй – и температур).

Упрощенная схема свободной турбулентной изотермической струи представлена на рисунке 4.1.

Воздух, вытекая из сопла, образует струю с криволинейными границами АВС и DЕF. В струе различают два участка: начальный АВЕD и основной CBEF. Сечение ВЕ называют переходным сечением.

Границы основного участка ВС и EF при их продолжении пересекаются в точке М, называемой полюсом струи. При равномерном начальном поле скоростей полюс находится в плоскости начала истечения, т.е. х₀ ≈ 0. боковой угол расширения основного участка струи α = 12⁰25^'.

На начальном и основном участках закономерности развития струи различны.

Рисунок 4.1 – Структура свободной изотермической струи

На начальном участке струи поле скоростей истечения, которое может быть равномерным или неравномерным, переходит в поле скоростей основного участка. Начальный участок разделяется на ядро AND, в котором сохраняется постоянная скорость, равная скорости истечения υ₀, и пограничные слои ABN и DNE. Осевая скорость υ₀ на протяжении l₀ длины начального участка одинакова и равна начальной.

На основном участке струи поле скоростей неравномерно. Участок сплошь состоит из пограничного слоя. Скорость воздуха на оси потока и в периферийной части по мере удаления от выходного сечения непрерывно уменьшается. Профили скоростей воздуха в различных поперечных сечениях основного участка струи подобны и описываются одними и теми же безразмерными зависимостями.

На структуру струи оказывает влияние начальная турбулентность: чем турбулентнее поток перед выходом из насадка, тем интенсивнее протекает перемешивание с окружающим воздухом, тем больше угол расширения струи, тем короче длина начального участка, и тем быстрее уменьшение осевой скорости в основном участке.

На основании описанной схемы изотермической струи установлены безразмерные зависимости между геометрическими и физическими величинами различных струй.