Значение слова СТРУЯ в Большой советской энциклопедии, БСЭ

СТРУЯ

форма течения жидкости, при которой жидкость (газ) течёт в окружающем пространстве, заполненном жидкостью (газом) с отличающимися от С. параметрами (скоростью, температурой, плотностью и т. п.). Струйные течения чрезвычайно распространены и разнообразны (от С., вытекающей из сопла ракетного двигателя, до струйного течения в атмосфере). При их изучении рассматриваются изменения скорости, плотности, концентрации компонентов газа и температуры как в самой С., так и в окружающей её среде. Струйные течения классифицируют по наиболее существенным признакам, учитываемым при упрощении решаемых задач. Большое значение имеет С., вытекающая из сопла или отверстия в стенке сосуда. В зависимости от формы поперечного сечения отверстия (сопла) рассматривают круглые, квадратные, плоские С. и т. п. Если скорости течения в С. на срезе сопла параллельны, её называют осевой; различают также веерные и закрученные С.

В соответствии с характеристиками вещества рассматривают С.капельной жидкости, газа, плазмы и т. п. Для С. сжимаемых газов существенным является отношение скорости газа v на срезе сопла к скорости а распространения звуковых волн - Маха число M v / a; в зависимости от значения М различают С.: дозвуковые( М < 1) и сверхзвуковые ( М > 1). В особый класс выделяются двухфазные С., например, газовые, содержащие жидкие или твёрдые частицы.

Аналогичная классификация проводится и для среды, в которой течёт С.

В зависимости от направления скорости течения газа (жидкости) в окружающей среде различают С., вытекающие в спутный (направленный в ту же сторону), встречный и сносящий поток (например, С. жидкости, вытекающая из трубы в реку и направленная, соответственно, по течению, против течения и под углом к скорости течения реки). С., вытекающая в бассейн, - пример С., вытекающей в неподвижную среду. Если состав жидкости (газа) в С. и окружающей её неподвижной среде идентичен, С. называется затопленной (например, С. воздуха, вытекающая в неподвижную атмосферу). С. называется свободной, если она вытекает в среду, не имеющую ограничивающих поверхностей, полуограниченной, если она течёт вдоль плоской стенки, стеснённой, если вытекает в среду, ограниченную твёрдыми стенками (например, С., вытекающая в трубу, большего диаметра, чем диаметр сопла). Особо рассматриваются С., обтекающие препятствия.

В соответствии с физическими особенностями вещества С. и внешней среды различают С. смешивающиеся (С. газа, вытекающая в воздух) и несмешивающиеся (С. воды, вытекающая в атмосферу). Поверхность несмешивающейся С. неустойчива, и на некотором расстоянии от среза сопла С. распадается на капли. Дальнобойность такой С. - расстояние, на котором она сохраняется монолитной, зависит от физических свойств её вещества и уровня начальных возмущений в сопле. Для увеличения дальнобойности С. воды пожарного брандспойта внутренняя поверхность сопла профилируют и тщательно шлифуют. У С. боевых огнемётов, кроме того, в жидкость добавляют специальные присадки для увеличения коэффициента поверхностного натяжения. Для уменьшения дальнобойности С., вытекающей из форсунок, её турбулизуют, закручивают, а иногда предварительно смешивают с газом.

В случае, когда вещество С. способно смешиваться с веществом внешней среды, на её поверхности образуется монотонно расширяющаяся вдоль С. область вязкого перемешивания - струйный пограничный слой. В зависимости от режима течения в слое перемешивания различают С. ламинарные или турбулентные. С. из сопла реактивного двигателя летящего самолёта - пример турбулентной сверхзвуковой С., вытекающей в спутный поток, который в зависимости от скорости полёта самолёта может быть дозвуковым или сверхзвуковым. В дозвуковой турбулентной С. статическое давление в любой точке С. постоянно и равно давлению в окружающем пространстве. Такие С. называются изобарическими, широко распространены в различных технических системах (вентиляционные установки, промышленные печи и т. п.). На срезе сопла спутной изобарической С. (сечение АА, рис. 1 ) скорость течения v o отличается от скорости спутного потока v н . На границе С. и внешнего потока образуется пограничный слой Т, состоящий из газа С. и увлечённого ею газа внешней среды. Расход газа в С., ограниченной размером b, по мере удаления от среза сопла монотонно увеличивается, но суммарное количество движения газа, определённое по избыточной скорости, остаётся неизменным.

В начальном участке С. при х < х нрасширяющийся пограничный слой ещё не достигает оси течения; скорость v вблизи оси постоянна и равна скорости на срезе сопла. В переходном участке С. х н < х £ х п вязкое перемешивание распространяется на весь объём С., скорость течения на оси уменьшается, но профили скоростей ещё не устанавливаются. В основном участке С. ( х > х п) скорость течения на оси продолжает уменьшаться, а профили относительной скорости Dv / Dv m f ( y / b ) становятся неизменными (автомодельными) (Dv v -vv н ,Dv m v m -vv н - избыточные скорости в рассматриваемой точке течения и на оси С.). Уширение С. на основном участке так же, как и расширение пограничного слоя в начальном участке турбулентной С., пропорционально среднему значению степени турбулентности течения (С - константа), то есть зависит от разницы скорости на оси С. и скорости внешнего потока. Аналогичные зависимости характеризуют изменения температуры и концентрации компонентов газа в случае, если они различны у газа С. и внешней среды.

Качественно аналогична, хотя и более сложна, сверхзвуковая турбулентная нерасчётная С.. Сюда относятся С., вытекающие из сверхзвуковых сопел реактивных и ракетных двигателей, газовых и паровых турбин и т. п. Начальный газодинамический участок нерасчётной сверхзвуковой С. (первая 'бочка', рис. 2 ) х £ х нг определяется как расстояние от среза сопла до пересечения ударных волн 2 с границей С. Геометрические размеры и структура этого участка зависят от нерасчётности С. n p a /рн (где р а - давление в С. на срезе сопла, р н - давление в окружающей среде), чисел Маха на срезе сопла M a и в окружающей среде М н и физических характеристик газа С. и внешней среды. Возникающий на границе С. слой вязкого перемешивания достигает оси С. на расстоянии х нв . Далее после переходного участка х п , в котором затухают волны давления и устанавливаются автомодельные профили скорости, температуры и концентрации, С. становится изобарической. В случае сверхзвукового течения в спутном потоке ( М н > 1) перед С. образуется ударная волна 1 . Рассмотренные схемы С. отличаются от действительного течения, которое значительно сложнее, однако на их основе удаётся создать методики расчёта, позволяющие с достаточной точностью определить поля скоростей, температуры и концентрации в С. и окружающей среде. Решение этой задачи необходимо для определения количества вещества, захватываемого (эжектируемого) С. из внешней среды, расчётов силового и теплового взаимодействия С. с поверхностью, расположенной на заданном расстоянии от среза сопла, излучения С. и для ряда др. задач.

Лит.: Абрамович Г. Н., Теория турбулентных струй, М., 1960; Вулис Л. А., Кашкарев В. П., Теория струй вязкой жидкости, М., 1965; Сверхзвуковые струи идеального газа, ч. 1-2, М., 1970-71.

М. Я. Юделович.

Большая советская энциклопедия, БСЭ.