Лекція 7.2 Реакція струменя. Розпилення струменя.

1 Реакція струменя. Тиск струменя.

Коли струмінь рідини, що витікає із насадка, зустрічає на своєму шляху тверду перешкоду, то він тисне на цю перешкоду. Величину цієї сили називають силою тискуабо силою удару струменя. Ця сила залежить від середньої швидкості і розмірів поперечного перерізу струменя рідини, форми і розмірів перешкоди і її розташування по відношенню до струменя. Такі явища ми спостерігаємо при ударі води по лопастях водяних коліс, турбін, ударі хвилі в стінку набережної і ударі струменя, що вилітає із бранспойта.

Розглянемо загальний випадок, коли струмінь наштовується на якусь нерухому перепону, що має вид циліндричної криволінійної поверхні.Після удару струмінь розтікається на дві симетричні частини в протилежні сторони під якимось кутом альфа. Так як струмінь поділений симетрично, V₂=V₃; Q₂=Q₃

Сила опору яка протидіє руху струменя при витіканні з насадка називається його реакцією.

mV₁ - mV₂ = Ft (1)

де m - маса рідини;

V₁ - швидкість в перерізі І-І

V₂ - швидкість в перерізі ІІ-ІІ

t - час руху рідини від І-І, до ІІ-ІІ.

F - сила рекції струменя.

Швидкість V₁ значно менша від V₂ тоді mV₁ - нехтуємо.

Тоді вираз (1) буде мати виглдяд:

F = – mV₂ (2)

Маса води m, що пройшла за час t: m = ρ Q

якщо Q = ω₂ V₂ то одержимо m = ω₂ V₂ ρ (3)

F=-ω₂ V₂ ρ (4)

Помножимо і поділимо (4) на 2g,

F=-2ρgω₂ так як =H, ρgH=P то формула (4) матиме вигляд: F=-2Pω₂ (5)

Сила реакції прямопропорційна тиску перед насадком та площі поперечного перерізу його, а напрямок має протилежний руху струменя.

Для ручних стволів F=80…300H

Для лафетних F=500…4000H

Тому лафетні стволи встановлюють на спеціальних пристроях, або в стаціонарному положенні.

2. Способи розпилення струменя.

На кожну каплю рідини під час руху діють: сили опору повітря, сили тяжіння, сили поверхневого натягу.

При цьому, в різних точках краплини, діє різний тиск. За рахунок зміни тиску в середині краплини виникає рух рідини. Крапля змінює форму і розпадається на дрібні частини.

Цей процес проходить поки не встановиться рівновага між силами поверхневого натягу і динамічною дією повітря на поверхню краплини.

Розпилені водяні струмені складаються із маси окремих летячих крапель. Основними характеристиками розпиленого струменя є :

- форма струменя;

- дальнобійність;

- кут конусності;

- розміри крапель та їх розподіл по перерізу потоку;

- величина напору перед насадком;

- витрати для цього напору.

Діаметр крапель, що виходять з насадка залежить від способу розпилення струменя. Є три способи розпилення:

- відцентровий

- пневматичний

- механічний

Відцентровий спосіб за допомогою відцентрових розпилювачів використовують в теплотехніці та енергетиці (для подачі палива в камери згорання).

Їх використовують в пінних генераторах (високократної піни) та в швидкодіючих установках типу БАПС.

У вихрову камеру рідина входить тангенціально обертаючись переміщуэться по напрямку до вихідного отвору. На виході з отвору доцентрові сили на потік не діють. Частинки рідини розлітаються по дотичній до циліндричної поверхні вихідного отвору.

Q= ,

де =0,24 – 0,64 (це імпіричні дані).

Пневматичний спосіб розпилення струменя проводять паром чи повітрям під тиском. (P_н, або P_вак).

Такі розпилювачі використовують для одержання пінних та газоводяних струменів.

Механічний спосіб за допомогою гвинтового розпилювача.

Розпилення проходить за рахунок удару у перепону. Такі розпилювачі використовують в стаціонарних установках для гасіння пожеж та в стволах розпилювачах

Гвинтовий розпилювач ударної дії зроблений у вигляді гвинта з перемінним кроком і нахилом, що змінюється. Кожен виток спіралі зрізує із водяного струменя тоненьку плівку, яка зривається і розпадається на дрібні крапельки. При Н = 60-80м можна одержати діаметр краплини 100-120 мк. Часто роблять щілинні та іншого типу розпилювачі. Використовують комбіновані насадки та інші.