Giáo trình kỹ thuật thủy khí - Chương 8

Trong ch-ơng n y tìm hiểu các đặc tr-ng thuỷ khí động cơ bản của dòng tia v cách tính toán một số tr-ờng hợp dòng tia đơn giản th-ờng gặp trong kỹ thuật. 8.1. Khái niệm về dòng tia 8.1.1. Định nghĩa - phân loại Dòng chất lỏng khi chảy ra khỏi vòi phun v đ-ợc phun v o môi tr-ờng chất lỏng hay chất khí thì gọi l dòng tia. Dòng tia chất lỏng chuyển động trong môi tr-ờng chất lỏng l dòng tia ngập (hay còn gọi l luồng). Ví dụ dòng tia n-ớc từ vòi...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình kỹ thuật thủy khí - Chương 8 Ch−¬ng 8 dßng tia Trong ch−¬ng n y t×m hiÓu c¸c ®Æc tr−ng thuû khÝ ®éng c¬ b¶n cña dßng tia v c¸ch tÝnh to¸n mét sè tr−êng hîp dßng tia ®¬n gi¶n th−êng gÆp trong kü thuËt. 8.1. Kh¸i niÖm vÒ dßng tia 8.1.1. §Þnh nghÜa - ph©n lo¹i Dßng chÊt láng khi ch¶y ra khái vßi phun v ®−îc phun v o m«i tr−êng chÊt láng hay chÊt khÝ th× gäi l dßng tia. Dßng tia chÊt láng chuyÓn ®éng trong m«i tr−êng chÊt láng l dßng tia ngËp (hay cßn gäi l luång). VÝ dô dßng tia n−íc tõ vßi ®Æt ngÇm d−íi mÆt n−íc s«ng ®Ó ph¸ ®Êt, n¹o vÐt lßng s«ng. Dßng tia chÊt láng chuyÓn ®éng trong m«i tr−êng khÝ l tia tù do, vÝ dô : dßng tia n−íc cña vßi ch÷a ch¸y, cña m¸y t−íi .. Tr¹ng th¸i ch¶y trong dßng tia cã thÓ l ch¶y tÇng hoÆc ch¶y rèi, nh−ng trong thùc tÕ th−êng gÆp ch¶y rèi. V× vËy d−íi ®©y chóng ta chØ nghiªn cøu mét sè tÝnh chÊt cña dßng tia ë tr¹ng th¸i ch¶y rèi. 8.1.2. Dßng tia ngËp XH UH UH Cùc dßng phun UO Um Líp biªn O b BÒ mÆt ph©n giíi §o¹n c¬ b¶n §o¹n ban ®Çu Qu¸ ®é H×nh 8-1 . M« h×nh cÊu tróc dßng tia ngËp L dßng tia ®−îc phun v o trong m«i tr−êng cïng lo¹i hoÆc kh¸c lo¹i. Khi dßng tia chuyÓn ®éng, do tÝnh nhít v sù m¹ch ®éng vËn tèc cña dßng ch¶y rèi xuÊt hiÖn c¸c xo¸y èc ë chç tiÕp gi¸p cña dßng tia v m«i tr−êng xung quanh, c¸c xo¸y n y l m cho mét phÇn chÊt láng cña m«i tr−êng bÞ l«i kÐo theo dßng tia, ®ång thêi l¹i g©y t¸c dông k×m h m Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình K thu t Thu khí …………………………………….172 chuyÓn ®éng cña dßng tia. V× vËy dßng tia ngËp loe réng dÇn råi ph©n t¸n v o m«i tr−êng chÊt láng bao quanh (H×nh 8-1). a) Dùa v o biÓu ®å ph©n bè vËn tèc trªn c¸c mÆt c¾t ngang, ng−êi ta chia dßng tia ra l m 2 phÇn: lâi v líp biªn ch¶y rèi. Lâi: l phÇn trong cïng, trong ®ã vËn tèc Uo trªn c¸c mÆt c¾t ngang dßng tia kh«ng ®æi. Lâi b¾t ®Çu tõ miÖng vßi phun ®Õn mÆt c¾t giíi h¹n (qu¸ ®é) trªn ®ã chØ cã ®iÓm trªn trôc dßng tia l cã vËn tèc b»ng vËn tèc ban ®Çu t¹i miÖng vßi. §−êng giíi h¹n lâi l ®−êng th¼ng (x¸c ®Þnh theo thùc nghiÖm). Líp biªn ch¶y rèi: l phÇn ®−îc giíi h¹n bëi lâi v m«i tr−êng bao quanh dßng tia, trong ®ã vËn tèc biÕn ®æi liªn tôc cho ®Õn khi b»ng vËn tèc m«i tr−êng bªn ngo i. §−êng giíi h¹n líp biªn ch¶y rèi víi m«i tr−êng bao quanh l ®−êng gÇn nh− th¼ng (theo thùc nghiÖm tÝnh to¸n). b) Theo chiÒu d i dßng tia ngËp cã thÓ chia l m 3 ®o¹n: §o¹n ®Çu: tõ miÖng vßi phun cho ®Õn mÆt c¾t qu¸ ®é tøc l mÆt c¾t kÕt thóc lâi dßng tia. Trong ®o¹n ®Çu cã lâi v mét phÇn cña líp biªn ch¶y rèi quanh lâi. §o¹n c¬ b¶n: tõ mÆt c¾t giíi h¹n trë ®i. Dßng tia chØ gåm líp biªn ch¶y rèi trong ®ã vËn tèc gi¶m dÇn däc theo trôc dßng tia. Gi÷a ®o¹n ®Çu v ®o¹n c¬ b¶n cã mét ®o¹n qu¸ ®é rÊt ng¾n . 8.1.3. Dßng tia kh«ng ngËp Quan s¸t mét dßng tia kh«ng ngËp, vÝ dô mét tia n−íc tõ mét vßi h×nh trô trßn phun v o kh«ng khÝ ta thÊy cã ba phÇn râ rÖt (H×nh 8-2). P hÇn tËp trung PhÇn r¬i PhÇn tan r H×nh 8-2. S¬ ®å cÊu tróc dßng tia kh«ng ngËp PhÇn tËp trung: dßng tia vÉn gi÷ nguyªn h×nh trô trßn, chÊt láng vÉn liªn tôc. PhÇn rêi r¹c: dßng tia më réng h¬n, sù liªn tôc cña chÊt láng bÞ ph¸ ho¹i. PhÇn tan r : dßng tia tan r th nh nh÷ng h¹t nhá, gi¸n ®o¹n. Dßng tia tù do ®−îc sö dông nhiÒu trong kü thuËt nh− sóng thuû lùc dïng ph¸ ®Êt, khai th¸c than, dßng tia ch÷a ch¸y..., nh÷ng lo¹i n y cÇn dïng phÇn tËp trung cña dßng tia. Nh−ng khi cÇn phun h¹t n−íc nhá ®Ó t−íi th× l¹i ph¶i lîi dông phÇn tan r . Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình K thu t Thu khí …………………………………….173 8.2. C¸c ®Æc tr−ng thuû khÝ ®éng c¬ b¶n cña dßng tia 8.2.1. Sù ph©n bè c¸c th«ng sè thuû khÝ ®éng theo tiÕt diÖn ngang cña dßng tia NhiÒu nghiªn cøu vÒ lý thuyÕt tÝnh to¸n còng nh− nh÷ng kÕt qu¶ thùc nghiÖm ® rót ra nh÷ng nhËn xÐt vÒ dßng tia rèi tù do nh− sau: • T¹i mçi ®iÓm trªn tiÕt diÖn dßng tia th nh phÇn vËn tèc theo ph−¬ng ngang (y) rÊt nhá so víi th nh phÇn vËn tèc theo ph−¬ng däc (x). Do ®ã trong tÝnh to¸n thùc tÕ cã thÓ bá qua th nh phÇn vËn tèc theo ph−¬ng ngang. • Pr«fin vËn tèc biÕn d¹ng liªn tôc däc theo trôc x v kÐo theo sù thay ®æi liªn tôc c¸c th«ng sè thuû khÝ ...