Физическая картина течения в струе

Будем рассматривать только турбулентные струи, так как лами­нарные струи в природе и технике встречаются крайне редко.

При истечении газа из сопла со скоростью, отличной от скорости внешней среды (рис. 4.1), в его выходном сечении (началь­ном сечении струи) имеет место тангенциальный разрыв скорости - скорость и ее производные терпят разрыв. Этот разрыв скорости является генератором турбулентности: на поверхности тан­генциального разрыва в связи с ее неустойчивостью возникают вих­ри, беспорядочно движущиеся вдоль и поперек потока. Конечные объемы газа (моли) за счет положительных поперечных пульса­ций попадают в окружающую среду. При этом они сообщают часть своего количества движения окружающей среде, вовлекая ее в дви­жение вдоль оси х и одновременно сами подтормаживаются. На их место под действием пульсаций противоположного знака попадают моли из окружающей среды, которые подтормаживают поток и уско­ряются сами. Механизм обмена теплом и массой аналогичен меха­низму обмена количеством движения. Подторможенные частицы пото­ка, перемешанные с вовлеченными в движение частицами окружающей среды, образуют турбулентный пограничный слой струи, толщина ко­торого у кромки сопла равна нулю и возрастает в направлении те­чения. Турбулентный обмен ликвидирует тангенциальный разрыв и в любом поперечном сечении струи наблюдается плавное изменение всех параметров. Утолщение струйного пограничного слоя приводит к увеличению поперечного сечения струи и "съеданию" потенциаль­ного ядра струи - области, лежащей между внутренними границами пограничного слоя. На некотором расстоянии от сопла внутренние границы пограничного слоя смыкаются на оси струи и все сечение струи заполняется пограничным слоем.