Глава 6. Гидравлические струи

6.1. Классификация струй

Струей называется поток жидкости, не ограниченный стенками, движущийся в массе такой же или другой жидкости.

Различают жидкие и газовые струи. 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, заполненном водой. К затопленным струям относятся струи газа, вытекающие в воздушное пространство или пространство, заполненное водой, а также водяные струи, вытекающие в массу воды.

Струя (жидкая) называется незатопленной, если она движется в газовом пространстве. К незатопленным струям относятся водяные и пенные струи, вытекающие в воздушное пространство. Наиболее широкое применение незатопленные водяные струи нашли в практике пожаротушения.

Водяные струи подразделяются на сплошные, получаемые от ручных и лафетных стволов, и распыленные, образуемые от специальных насадков-распылителей.

Сплошные водяные струи отличаются своей компактностью, большой дальностью полета и сильным динамическим действием. Строго говоря, сплошные струи получают при напоре не более 2-3 м. При больших напорах в струе можно выделить две ее части: сплошную, или компактную, и раздробленную.

В компактной части сохраняется сплошность потока, струя имеет цилиндрическую или близкую к ней форму, в раздробленной части нарушается сплошность потока, струя разрывается на все более мелкие части и расширяется. Понятие компактной части струи является относительным, поскольку резкой грани между нею и раздробленной частью не существует.

Определение компактной части впервые сформулировал Фриман (1888 г.). Он предложил за длину компактной части сплошной водяной струи принимать ту ее часть, которая несет 75 % всего количества воды в круге диаметром 26 см и 90 % воды в круге диаметром 38 см.

Практически деление струи на компактную и раздробленную части может быть осуществлено на основании визуального наблюдения за струей, измерения плотности струи в различных точках и опыта использования струй в данной отрасли техники.

Разрушение струи происходит под влиянием действующей на нее силы тяжести, сопротивления воздуха и внутренних сил, вызываемых турбулентностью струи и колебательно-волновым характером движения жидкости в ней. На определенной стадии распада струи в качестве дополнительных сил, способствующих распылению струи на капли, будут выступать силы поверхностного натяжения.

Для создания развитой компактной части стремятся уменьшить турбулентность и ликвидировать винтовой характер движения выходящей из насадка струи путем применения различных выпрямителей, устанавливаемых в стволе, и улучшения чистоты обработки деталей ствола. Для уничтожения компактной части, наоборот, применяются различного рода распылители.

6.2. Устойчивость водяных пожарных струй

Вопросы устойчивости поверхности жидких тел относятся к наиболее сложным вопросам механики жидкости. Попробуем сначала разобраться с этим вопросом применительно к струям жидкости на сравнительно простом идеализированном случае.