Гидравлические струи
Гидравлическая струя - конечный поток жидкости, не ограниченный твердыми стенками. Бывают затопленными и незатопленными. Струя, вытекающая в однородную жидкость, называется затопленной; в атмосферу - незатопленной (брандспойт, для разработки грунта).
Незатопленная струя, вытекающая из насадка с цилиндрическим отверстием в атмосферу, имеет следующую структуру по длине: - компактная, - раздробленная, - распыленная часть струи.
Рис. 56. Схема струи
В компактной части струи обеспечивается сплошность потока, струя имеет правильную цилиндрическую форму. В раздробленной обнаруживается нарушение сплошности потока, струя разрывается на крупные части. Распыленная часть струи состоит из множества отдельных капель, в которые превращается весь поток.
Для разработки грунтов, добычи угля, воздействия на лопатки активной гидравлической турбины требуется струя с хорошо развитой компактной частью .
Для определения осевой скорости струи в пределах её компактной части существует формула Н. П. Гавырина:
(180)
где | - скорость струи при выходе из насадка, ; | |
- диаметр струи при выходе из насадка, ; | ||
- коэффициент. |
Для определения дальности полета струи пользуются экспериментальной формулой Н. П. Гавырина
(181)
где | - дальность полета, м; | |
- угол вылета струи, град; | ||
- диаметр насадка, мм; | ||
- напор, при выходе из насадка, м. |
Расчет турбин
Рассмотрим воздействие гидравлической струи на неподвижную преграду. Предположим, что струя вытекает из сопла со средней скоростью и встречает на своем пути неподвижную вертикальную стенку.
Если вертикальная стенка плоская, то струя ударяясь о нее, растекается во все стороны. Для того, чтобы струя растекалась при встрече лишь по двум направлениям, сделаем в вертикальной стене направляющий желоб, попав в который струя после удара разделится на верхнюю и нижнюю части.
Пусть струя имеет в сечении 1 - 1 площадь живого сечения и среднюю скорость . Расход до встречи со стенкой.
При встрече со стенкой струя разделится на две части: и . Очевидно, что принимаем и .
Выделим отсек струи 1- 2 - 3. За время этот отсек переместится в новое положение 1¢ - 2¢ - 3¢.
Рис. 57. Схема разделения струи.
Применим к движению отсека теорему количества движения, которая звучит: изменение проекции количества движения на заданную ось за время равно сумме проекций импульсов приложенных внешних сил на ту же ось за то же время. Примем за ось S - S. Тогда на основании этой теоремы:
(182)
где | - количество движения объема жидкости, заключенной между сечениями 1 - 1 и 1¢ - 1¢; | |
, - количество движения объемов жидкости, заключенных между сечениями 2 - 2; 2¢ - 2¢; 3¢ - 3¢; | ||
- импульс силы реакции стенки; | ||
- реакция неподвижной вертикальной стенки, (по закону Ньютона, действие равно противодействию, следовательно ). |
Из рисунка видно, что , а . И уравнение примет вид:
(183)
где ;
- элементарный объем струи между сечениями 1 - 1 и 1¢ - 1¢, т.е. ,
тогда уравнение (183) будет таким:
(184)
откуда сила воздействия струи на вертикальную стенку будет:
, (185)
Если стенка находится под некоторым углом к струе, то
(186)
Мощность струи, действующей на подвижную преграду (лопатку турбины), определим так: пусть плоская лопатка движется со скоростью vл, тогда
,
,
где - скорость струи, ;
- скорость лопатки, .
Максимальное значение мощности можно получить при :
(187)
Т.е. максимальная теоретическая мощность турбины с плоскими лопатками равна половине полной кинетической энергии струи. В действительности потери энергии составляют 40-45%. Если применить криволинейные лопатки в виде ковшей, то при и , сила давления на полусферические поверхности равна
Дата добавления: 2017-05-02; просмотров: 2538;