12.4. Динамические свойства струи

Струя оказывает динамическое воздействие на npeграду, находящуюся на ее пути. Особенно это воздействие велико, если преграда расположена на участке компактной струи.

Рассмотрим воздействие компактной части струи на неподвижную твердую преграду. Пусть на криволинейную преграду набегает плоская струя (рис. 12.15) шириной , имеющая скорость. На преграде струя делится на две струи, которые покидают преграду со скоростямии, образующими углыис направлением скорости струи(осьNN).

Применим теорему об изменении количества движения для массы жидкости в отсеке 0-0, 1-1 и 2-2, при этом считаем коэффициент количества движения , а также пренебрегаем влиянием трения и пульсационных скоростей:

, (12.33)

где - сила воздействия преграды на струю, направленная под угломк оси струи.

В самом простом случае при ударе о плоскую поверхность , рис. 12.16

, (12.34)

где - живое сечение струи в сечении0-0.

Рис.12.15 Рис.12.16

Сила воздействия струи на преграду равнапо значению и противоположна по направлению.

В связи с искривлением линий тока при растекании фактическое значение

. (12.35)

Если плоская преграда (стенка) перемещается со скоростью , совпадающей с направлением скорости струи, то силаопределится как

. (12.36)

Если преграда движется навстречу струе со скоростью , то

. (12 37)

При этом надо иметь в виду уменьшение фактических значений согласно (12.35).

Изменение углов иможет привести к изменению силы.

Рис. 12.17 Рис. 12.18

Для криволинейных поверхностей, показанных на рис. 12.17, углы .

При для этих поверхностей

. (12.38)

Если угол (рис. 12.18), то. Тогда

, (12.39)

т. е. сила воздействия струи на криволинейную поверхность возрастет в 2 раза по сравнению с силой в случае плоской стенки. Это используется при создании рабочих колес ковшовых турбин. На ободе колеса такой турбины расположены лопасти, выполненные в виде ковшей. Бьющая струя воды развивает на ковшах усилия, создающие момент, вращающий колесо турбины вместе с валом, на котором оно закреплено.

Рис.12.19

В реальных турбинах угол немного меньше, чем. В результате на выходе кромки составляют некоторый малый угол, равный (), с направлением, параллельным осиNN (рис. 12.19). Соответственно для турбин с углами сила будет несколько меньше, чем по (12.39):

.

Значение в скобках близко к 2.

Таким образом, сила воздействия струи на изогнутые лопатки рабочего колеса турбины (если рассматривать все колесо в целом, т. е. систему лопаток, которые последовательно попадают под удары струи) приблизительно вдвое больше, чем на плоские.