Захват воздуха при взаимодействии струи с покоящейся жидкостью

• Автор: Фетисов, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1995
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 216 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ. Состав инженерных задач. Актуальность тематики

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ,СВЯЗАННЫХ С

ЗАХВАТОМ ВОДУХА ПАДАЮЩИМИ СТРУЯМИГ

1.1.Физическая сущность явления и расчет расхода вовлеченного воздуха падающими струями

1.2. Исследование устойчивости струй к разрушению.

1.3. Условия начала захвата воздуха падающими струями жидкости

Выводы

1.4. Цель и задачи исследования

2. РАСЧЕТ ВДУХ0В0ВЛЕКАВДЕЙ СПОСОБНОСТИ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУЙ

ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ПОКОЯЩЕЙСЯ ЖИДКОСТЬЮ .
2.1. Расчет длины компактной части турбулентной осесимметричной свободной струи, истекающей из длинного гладкого насадка
2.2. Расчет расхода вовлеченного воздуха при взаимодействии струи с жидкостью.
3. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Оборудование для проведения экспериментальных исследований.
3.2. Установки для проведения экспериментальных исследований объема вовлекаемого воздуха падающими струями
3.3. Измерительные приборы. Оценка точности измерения
3.4. Методика экспериментальных исследований.
Выводы
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСЖгаМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
4.1.Экспериментальные исследования распада турбулентных
струй.
4.2. Обобщение результатов экспериментальных исследований распада турбулентных струй
4.3. Распад ламинарных струй.
4.4. Результаты экспериментальных исследований по определению вовлекающей способност падающих турбулентных струй.
4.5. Обобщение результатов экспериментальных исследований воздухововлекающей способности струи
4.6. Результаты экспериментальных исследований условий начала захвата воздуха ламинарными струями.
4.7. Условия начала захватавоздуха турбулентными
струями
4.8. Примеры инженерных расчетов
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


По его мнению процесс увлечения воздуха для струи, движущихся с малыми и большими скоростями имеет различный характер. При низких скоростях движения (до 5 м/с) воздухозахват объясняется взаимодействием возмущенной поверхности струи с поверхностью воспринимающей жидкостью. Схема взаимодействия представлена на рис. Единичное возмущение струи достигает поверхности жидкости, в которой образуется небольшое углубление. Струя продолжает свое движение вниз, раздвигая частицы воспринимающей жидкости (движение частиц показано стрелками). В следующий момент частицы жидкости начнут двигаться к струе (рис. Воздух, защемленный в получившейся тороидальной полости, под действием кинетической энергии струи увлекается внутрь жидкости. Предложенная им модель взаимодействия отличается от рассмотренных выше тем, что он впервые принимает во внимание боковое движение частиц воспринимающей жидкости, которое ведет к захлопыванию образующихся впадин. Основным контролирующим параметром при этом является кинетическая энергия. При высоких скоростях истечения струи некоторое количество вовлекаемого воздуха находится внутри самой струи, а другая часть содержится в пограничном слое, который также увлекается струей под уровень воспринимающей жидкости. Между двумя отмеченными областями имеется переходная зона, которая характеризуется нерегулярностью воздухововлечения, причины которой не установлены. Рис Л. Схема взаимодействия струи с поверхностью кидкости / /. Sande / / первый исследовал и показал зависимость воздухововлекающей способности струи от угла ее падения. В противоположность Van de Sande, Т. Ягасаки / / пренебрегает воздухом, который содержится внутри струи, считая, что вовлекается только пограничный слой газа, окружающий струю. При этом переходной бласти в эксперименте с вертикальными струями им не обнаружено. Наоборот, в работе М. Кумагаи и Х. Имаи / / отмечается уже наличие четырех областей с разной интенсивностью захвата воздуха, но соображений по объяснению этого факта и механизма захвата воздуха автором и работы / / не приводятся. С другой стороны, Васильев Б. К. / / полагает, что вовлекается в основном воздух, содержащийся внутри "разбухшей" струи. К последним публикациями, относящимся к данной тематике, относятся работы D. Ervine, E. McKeogh & E. Elsawy / , , /. Они классифицировали предложенные и описанные ранее модели механизма захвата воздуха в зависимости от состояния струи и характеристики аэрированной области в воспринимающей жидкости на четыре типа. В их работах указывается на обязательность учета скорости начала захвата воздуха, которая может оказывать влияние на объем вовлеченного струей воздуха. Значение этой скорости в работах /,/ принимается величиной постоянной Ue = 1,1 м/с. В то же время в исследованиях /, / показано, что критическая скорость начала захвата воздуха является функцией целого ряда параметров. Анализ рассмотренных работ показывает, что суждения о физической природе процесса вовлечения воздуха падающими струями меняется от автора к автору. В опытах Русакова В. Е./ / захват воздуха наблюдался в условиях , когда насадок располагался непосредственно у поверхности жидкости. Тем не менее, в представленных работах описаны все возможные механизмы рассматриваемого явления, показана определяющая роль возмущений струи в процессе захвата воздуха. Его расчет основан на предположении о том, что под свободную поверхность жидкости вовлекается воздух пограничного слоя, окружающий струю, толщина которого растет в направлении 2 (рис. Ре-0'5 (1. Ю5 - число Рейнольдса. Показывая, что выражение (1. Объединяя соотношения (1. Рис Л. Модель расчета объема вовлеченного воздуха по / /. Недостатки предложенного расчета очевидны - соотношение ( 1. К попытке теоретического расчета расхода вовлеченного воздуха можно отнести исследования группы авторов / » , /. Количество захваченного воздуха они предлагают оценить по величине объема, заключенного между отдельными деформациями поверхности струи (рис. Диаметр возмущений 6е определялся прямым измерением по фотографиям. Сравнение соотношения (1.