Большая Советская энциклопедия - 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 (См. Струйное течение) 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 (См. Сопло) 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 vo отличается от скорости спутного потока vн. 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 < хн расширяющийся пограничный слой ещё не достигает оси течения; скорость v вблизи оси постоянна и равна скорости на срезе сопла. В переходном участке С. хн < х ≤ хп вязкое перемешивание распространяется на весь объём С., скорость течения на оси уменьшается, но профили скоростей ещё не устанавливаются. В основном участке С. (х > хп) скорость течения на оси продолжает уменьшаться, а профили относительной скорости Δv /Δvm = f (y/b) становятся неизменными (автомодельными) (Δv = v —vv н,Δvm = vm—vvн — 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 (См. Турбулентность) течения 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.

Рис. 1. Спутная изобарическая струя газа: bo — радиус сопла; b — радиус струи; Хн — длина начального участка; Хп — длина переходного участка; vo — скорость течения на срезе сопла; vн — скорость течения внешней среды; vm < vo — скорость течения на оси струи; Т — пограничный слой струи.

Рис. 2. Сверхзвуковая нерасчётная струя в сверхзвуковом спутном потоке: хнг — начальный газодинамический участок струи (первая «бочка»); xп — переходный участок струи; хнв — расстояние, на котором слой вязкого перемешивания достигает оси течения; Т — область вязкого перемешивания (пограничный слой) струи; 1 — ударная волна, возникающая в спутном потоке; 2 — ударные волны в струе.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

1969—1978