Задачи
1. Определить среднее движение жидкости в струе вне турбулентной области.
Решение. Выбираем сферические координаты
с полярной осью вдоль оси струи и началом координат в точке ее выхода. В силу аксиальной симметрии струи компонента средней скорости отсутствует,
являются функциями только от r и 0. Те же соображения, что и в задаче о ламинарной струе в § 23, показывают, что
должны иметь вид
Вне турбулентной области движение жидкости потенциально, т. е.
откуда
Но
не зависит от z, поэтому
откуда
, т. е.
Из уравнения непрерывности
получаем теперь:
Постоянная интегрирования должна быть положена равной — b, чтобы скорость не обращалась в бесконечность при
(что касается обращения
в бесконечность при
то оно несущественно, поскольку рассматриваемое здесь решение относится только к пространству вне турбулентной области, а направление
лежит внутри нее). Таким образом,
Проекция скорости на направление струи
и абсолютная величина скорости равны
Постоянную b можно связать с постоянной
входящей в формулу (36,5).
Рассмотрим отрезок конуса турбулентной области, вырезаемый двумя бесконечно близкими поперечными сечениями. Количество жидкости, втекающей в 1 с извне в этот участок турбулентной области, равно
а из формулы (36,5) имеем
Сравнивая оба выражения, получаем:
На границе турбулентной области скорость и направлена внутрь этой области, образуя угол
с положительным направлением оси
Сравним среднюю скорость внутри турбулентной области, определенную как
со скоростью
пот на границе этой области. Взяв первую из формул (3) с
получим
При
получаем для этого отношения значение 0,011, т. е. на границе турбулентной области скорость мала по сравнению со средней скоростью внутри области.
2. Определить закон изменения размеров и скорости в турбулентной затопленной струе, бьющей из бесконечно длинной тонкой щели.
Решение. По тем же причинам, как и для аксиальной струи, заключаем, что турбулентная область ограничена двумя плоскостями, пересекающимися вдоль линии щели, т. е. полуширина струи-:
Поток импульса в струе (отнесенной к единице длины щели) — порядка
Для зависимости средней скорости и от
получаем поэтому
Расход жидкости через сечение турбулентной области струи
Ьткуда
Местное число Рейнольдса
возрастает с по такому же закону.
Эмпирическое значение угла раствора плоской струи — примерно такое же, как у круглой струи (