Раздел 9. Гидравлические струи. Истечение жидкости из отверстий и насадков (2 час.).
Тема 9.1. Классификация струй. Расчет сплошной струи. Пенные струи. Распыленные струи и способы их получения. (2 час.).
Струя – это поток жидкости, не ограниченный твердыми стенками, движущийся в массе такой же или другой жидкости.
Струи делят на: жидкие, газовые и пенные. В зависимости от условий движения струи могут быть затопленными и незатопленными.
Струя называется затопленной, если она движется в массе однородной со струей жидкости, или в пространстве, затопленном водой. К затопленным струям относят струи газа, вытекающие в воздушное пространство, или пространство, заполненное водой, а также водяные струи, вытекающие в массу воды.
Струя (жидкая или пенная) называется незатопленной, если она движется в газовом пространстве. К незатопленным струям относятся водяные и пенные струи, вытекающие в воздушное пространство.
Водяные струи подразделяют на сплошные струи, получаемые от обычных ручных и лафетных пожарных стволов, и распыленные, образуемые от специальных насадков-распылителей.
Сплошные водяные струи отличаются своей компактностью, большой дальностью полета и сильным динамическим воздействием. Такие струи наиболее часто используются при тушении пожаров. Сплошные струи получают при напоре не более 2-3 м. При больших напорах в струе можно выделить 2 части: сплошную или компактную, и раздробленную.
В компактной части струи сохраняется сплошность потока, струя имеет цилиндрическую или близкую к ней форму. В раздробленной части струи нарушается сплошность потока, струя распадается на все более мелкие части и расширяется.
Фриман (1888 г.) предложил за длину компактной части сплошной водяной струи принимать ту часть струи, которая имеет 75% всего количества воды в круге диаметром 26 см и 90% воды в круге диаметром 38 см.
Разрушение струи происходит под влиянием действующих на струю сил:
силы тяжести;
сил сопротивления воздуха;
внутренних сил, вызываемых турбулентностью струи и колебательно-волновым характером движения жидкости в ней
На определенной стадии распада струи вступают в действие дополнительные силы, способствующие распылению струи на капли – это силы поверхностного натяжения.
Для создания развитой компактной части струи стремятся уменьшить турбулентность и ликвидировать винтовой характер движения выходящей из насадка струи, применяя различные выпрямители, которые устанавливают в стволе, а также улучшением чистоты обработки деталей ствола.
Для уничтожения компактной части, наоборот, применяют различного рода распылители той или иной конструкции.
Траектория сплошной струи.
Уравнение теоретической траектории сплошной незатопленной струи выводится из предположения, что все ее частицы движутся совершенно одинаково подобно твердому телу, брошенному под углом к горизонту. Уравнение траектории струи, на которую действуют силы инерции, силы тяжести, силы сопротивления воздуха, получаем в общем виде:
(1)
где x,
у – координаты частицы струи в точке;
ϴ° - угол наклона ствола к горизонту; d
– диаметр насадка; 
- коэффициент сопротивления трения в
воздухе; Н – напор у насадка:
H = 
где
- начальная скорость.
Из уравнения (1)
видно, что теоретически траектория
струи представляет собой параболу с
вершиной в точке В (
;
),
линия BB’
является осью симметрии параболы.
В действительности уравнение (1) дает хорошее совпадение с опытной линией при напорах истечения Н = 3,5 – 7 м. При напоре Н = 10 м. критическое значение
Для вертикально
направленной струи (ϴ°=90°) получают
формулу для определения высоты струи
(
):
= 
Теоретическую дальность полета струи определим из уравнения (1) при у=0:
Из этого уравнения видно, что теоретическая дальность полета струи при ϴ° = 45° будет:
В действительности, при напоре Н = 10 м, наибольшая дальность полета достигается при ϴ°=35°-40°, а при напоре Н = 35 м – при ϴ°=30°-34°.