Форма и траектория струи, инверсия

Форма отверстия существенно сказывается на истечение и в ряде случаев изменяет поперечное сечение выталкивающей струи (рис. 5.5). Это явление называется инверсией и объясняется различными условиями сжатия струи по периметру отверстия (увеличение сопротивления в углах), различным напором в разных точках сечения вытекающей струи, различными по периметру силами поверхностного натяжения и трением струи о воздух.

Например, при истечении из треугольного отверстия сечение струи сначала деформируется в шестиугольник, а затем принимает форму трёхконечной звезды. В струе, вытекающей из круглого отверстия, силы поверхностного натяжения и сжатие струи по периметру практически одинаковы вследствие осевой симметрии струи, поэтому форма сечения круглой струи деформируется по длине незначительно.

Траектория струи, вытекающей из отверстия в боковой вертикальной стенке в окружающее пространство, то есть координаты осевой линии струи определяются соотношением:

y= (5.25)

где x – дальность падения струи (бой); y – высота падения струи; V – скорость истечения.

Если струя вытекает из насадка с начальной скоростью V под углом θ к горизонту, то уравнение траектории принимает вид:

y=x*tgθ - (5.26)

Отсюда теоретическая дальность полёта (боя) струи:

L_T= (5.27)

а теоретическая максимальная дальность боя имеет место при θ =45 и равна:

L_Tmax= (5.28)

Свободная направленная вертикально вверх струя, вытекающая из насадка со скоростью V, теоретически поднимается на высоту:

h_T= (5.29)

В реальных условиях на дальность боя и высоту подъёма влияет сопротивление воздуха, ветер, колебания струи и её дробление, распыление на капли. Формула (5.28) даёт хорошее совпадение с опытом лишь до Н=3, 5-7 м. При напоре 10 м наибольшая дальность боя достигается при θ =35 -40 , а при напоре Н=35м – при θ =30 - 34 .

Рис. 5.5. Инверсия при истечении из квадратного (а), круглого (б) и треугольного (в) отверстий в различных сочетаниях струи (г)