Свободная турбулентность. Турбулентные следы и струи

Струйные течения

До сих пор мы рассматривали исключительно турбулентное течение вдоль твердых стенок. Перейдем теперь к так называемой свободной турбулентности, под которой подразумеваются такие турбулентные течения, которые не ограниче-

Рис.6.5.Свободная турбулент-ность: а) свободная граница струи; б ) свободная струя; в) спутное течение (след)

ны какими-либо стенками. Свободная турбулентность наблюдается в следующих трех случаях (рис. 6.5): 1) на свободной границе струи, 2) в свободной струе и 3) в спутном течении за движущимся телом (в «следе» или «тени»). Свободной границей струи называется поверхность соприкосновения двух потоков жидкости, движущих-ся в одном и том же направлении, но с разными скоростями. Такая поверхность разрыва скоростей неустойчива, и поэтому вниз по течению от первой точки соприкосновения обоих потоков возникает зона турбулентного перемешивания, ширина которой возрастает в направлении течения (рис. 6.5, а).

Свободная струя возникает при истечении жидкости из отверстия или насадка (рис. 6.5, б). Свободная струя вскоре после выхода из отверстия стано-вится турбулентной (за исключением случая очень малой скорости истечения). Вследствие турбулентности свободная струя частично смешивается с окружаю-щей ее покоящейся жидкостью. Кроме того, струя увлекает за собой граничащую с ней жидкость, и поэтому количество жидкости, протекающей через поперечное сечение струи, увеличивается по мере удаления от отверстия. При этом струя по мере удаления от отверстия расширяется, но одновременно уменьшается ее скорость; однако полный импульс струи остается постоянным. Границы объема, в который истекает струя, не оказывают влияния на развитие струи. Если границы объема влияют на распространение струи, то такая струя называется ограниченной.

Спутное течение возникает позади тела, движущегося в покоящейся жидкости, а след (тень) образуется позади неподвижного тела, обтекаемого жидкостью (рис. 6.5, в). В следе позади неподвижного тела скорость меньше, чем во внешнем течении. Такое понижение скорости означает, что здесь происходит потеря импульса, причиной которой является сопротивление тела. Ширина следа возрастает по мере увеличения расстояния от тела, но зато разность между скоростями внешнего течения и течения в следе тем меньше, чем больше расстояние от тела.

Дата добавления: 2014-01-11