Струя

Определение "Струя" в Большой Советской Энциклопедии

Сверхзвуковая струя

Струя, форма течения жидкости, при которой жидкость (газ) течёт в окружающем пространстве, заполненном жидкостью (газом) с отличающимися от Струя параметрами (скоростью, температурой, плотностью и т. п.). Струйные течения чрезвычайно распространены и разнообразны (от Струя, вытекающей из сопла ракетного двигателя, до струйного течения в атмосфере). При их изучении рассматриваются изменения скорости, плотности, концентрации компонентов газа и температуры как в самой Струя, так и в окружающей её среде. Струйные течения классифицируют по наиболее существенным признакам, учитываемым при упрощении решаемых задач. Большое значение имеет Струя, вытекающая из сопла или отверстия в стенке сосуда. В зависимости от формы поперечного сечения отверстия (сопла) рассматривают круглые, квадратные, плоские Струя и т. п. Если скорости течения в Струя на срезе сопла параллельны, её называют осевой; различают также веерные и закрученные Струя

Спутная струя газа (изобарическая)

В соответствии с характеристиками вещества рассматривают Струя  капельной жидкости, газа, плазмы и т. п. Для Струя сжимаемых газов существенным является отношение скорости газа v на срезе сопла к скорости а распространения звуковых волн — Маха число M = v/a; в зависимости от значения М различают Струя: дозвуковые  (М < 1) и сверхзвуковые (М > 1). В особый класс выделяются двухфазные Струя, например, газовые, содержащие жидкие или твёрдые частицы.
Аналогичная классификация проводится и для среды, в которой течёт Струя

В зависимости от направления скорости течения газа (жидкости) в окружающей среде различают Струя, вытекающие в спутный (направленный в ту же сторону), встречный и сносящий поток (например, Струя жидкости, вытекающая из трубы в реку и направленная, соответственно, по течению, против течения и под углом к скорости течения реки). Струя, вытекающая в бассейн, — пример Струя, вытекающей в неподвижную среду. Если состав жидкости (газа) в Струя и окружающей её неподвижной среде идентичен, Струя называется затопленной (например, Струя воздуха, вытекающая в неподвижную атмосферу). Струя называется свободной, если она вытекает в среду, не имеющую ограничивающих поверхностей, полуограниченной, если она течёт вдоль плоской стенки, стеснённой, если вытекает в среду, ограниченную твёрдыми стенками (например, Струя, вытекающая в трубу, большего диаметра, чем диаметр сопла). Особо рассматриваются Струя, обтекающие препятствия.

В соответствии с физическими особенностями вещества Струя и внешней среды различают Струя смешивающиеся (Струя газа, вытекающая в воздух) и несмешивающиеся (Струя воды, вытекающая в атмосферу). Поверхность несмешивающейся Струя неустойчива, и на некотором расстоянии от среза сопла Струя распадается на капли. Дальнобойность такой Струя — расстояние, на котором она сохраняется монолитной, зависит от физических свойств её вещества и уровня начальных возмущений в сопле. Для увеличения дальнобойности Струя воды пожарного брандспойта внутренняя поверхность сопла профилируют и тщательно шлифуют. У Струя боевых огнемётов, кроме того, в жидкость добавляют специальные присадки для увеличения коэффициента поверхностного натяжения. Для уменьшения дальнобойности Струя, вытекающей из форсунок, её турбулизуют, закручивают, а иногда предварительно смешивают с газом.

В случае, когда вещество Струя способно смешиваться с веществом внешней среды, на её поверхности образуется монотонно расширяющаяся вдоль Струя область вязкого перемешивания — струйный пограничный слой. В зависимости от режима течения в слое перемешивания различают Струя ламинарные или турбулентные. Струя из сопла реактивного двигателя летящего самолёта — пример турбулентной сверхзвуковой Струя, вытекающей в спутный поток, который в зависимости от скорости полёта самолёта может быть дозвуковым или сверхзвуковым. В дозвуковой турбулентной Струя статическое давление в любой точке Струя постоянно и равно давлению в окружающем пространстве. Такие Струя называются изобарическими, широко распространены в различных технических системах (вентиляционные установки, промышленные печи и т. п.). На срезе сопла спутной изобарической Струя (сечение АА, рис. 1) скорость течения v_o отличается от скорости спутного потока v_н. На границе Струя и внешнего потока образуется пограничный слой Т, состоящий из газа Струя и увлечённого ею газа внешней среды. Расход газа в Струя, ограниченной размером b, по мере удаления от среза сопла монотонно увеличивается, но суммарное количество движения газа, определённое по избыточной скорости, остаётся неизменным.

В начальном участке Струя при х < х_н расширяющийся пограничный слой ещё не достигает оси течения; скорость v вблизи оси постоянна и равна скорости на срезе сопла. В переходном участке Струя х_н < х £ х_п вязкое перемешивание распространяется на весь объём Струя, скорость течения на оси уменьшается, но профили скоростей ещё не устанавливаются. В основном участке Струя (х > х_п) скорость течения на оси продолжает уменьшаться, а профили относительной скорости Dv /Dv_m = f (y/b) становятся неизменными (автомодельными) (Dv = v —vv _н,Dv_m = v_m—vv_н — избыточные скорости в рассматриваемой точке течения и на оси Струя). Уширение Струя на основном участке так же, как и расширение пограничного слоя в начальном участке турбулентной Струя, пропорционально среднему значению степени турбулентности течения  (С — константа), то есть зависит от разницы скорости на оси Струя и скорости внешнего потока. Аналогичные зависимости характеризуют изменения температуры и концентрации компонентов газа в случае, если они различны у газа Струя и внешней среды.

Качественно аналогична, хотя и более сложна, сверхзвуковая турбулентная нерасчётная Струя. Сюда относятся Струя, вытекающие из сверхзвуковых сопел реактивных и ракетных двигателей, газовых и паровых турбин и т. п. Начальный газодинамический участок нерасчётной сверхзвуковой Струя (первая «бочка», рис. 2) х £ х_нг определяется как расстояние от среза сопла до пересечения ударных волн 2 с границей Струя Геометрические размеры и структура этого участка зависят от нерасчётности Струя n = p_a /р_н (где р_а — давление в Струя на срезе сопла, р_н — давление в окружающей среде), чисел Маха на срезе сопла M_a и в окружающей среде М_н и физических характеристик газа Струя и внешней среды. Возникающий на границе Струя слой вязкого перемешивания достигает оси Струя на расстоянии х_нв. Далее после переходного участка х_п, в котором затухают волны давления и устанавливаются автомодельные профили скорости, температуры и концентрации, Струя становится изобарической. В случае сверхзвукового течения в спутном потоке (М_н > 1) перед Струя образуется ударная волна 1. Рассмотренные схемы Струя отличаются от действительного течения, которое значительно сложнее, однако на их основе удаётся создать методики расчёта, позволяющие с достаточной точностью определить поля скоростей, температуры и концентрации в Струя и окружающей среде. Решение этой задачи необходимо для определения количества вещества, захватываемого (эжектируемого) Струя из внешней среды, расчётов силового и теплового взаимодействия Струя с поверхностью, расположенной на заданном расстоянии от среза сопла, излучения Струя и для ряда др. задач.
  Лит.: Абрамович Г. Н., Теория турбулентных струй, М., 1960; Вулис Л. А., Кашкарев В. П., Теория струй вязкой жидкости, М., 1965; Сверхзвуковые струи идеального газа, ч. 1—2, М., 1970—71.
  М. Я. Юделович.