WarmFires.ru

Более сложная картина возникает при резком (неплавном) переходе потока из канала в полость. При этом возникает струя газа и ещё одно явление турбулентного типа. Дело в том, что полость - это большое количество неподвижного газа, который может турбулентно подмешиваться в поток, а в застойных зонах на рис. 131 объемы газа малы, и они постоянно обновляются за счет поступления направленного потока и уходом взвихренного потока.

Газовый поток, вырывающийся из трубки в открытое пространство (заполненное тем же газом, из которого состоит сам поток), называется свободной затопленной струей (рис. 49). Наиболее важной особенностью затопленных струй является образование газодинамически неустойчивой границы между неподвижным и подвижным газом, которая взвихривается и образует всё более расширяющийся конусом пограничный слой

Рис. 132. Схема образования турбулентного пограничного слоя в составе свободной затопленной струи. Крупные белые стрелки -вихри газа струи. Крупные чёрные стрелки -вихри подсасываемого (эжектируемого) газа.

- так называемый турбулентный след струи (рис. 132). При этом струя как бы «всасывает» внешний газ, а на самом деле просто смешивается и за счёт своей инерции подталкивает ранее невозмущённый газ. Объёмы захватываемого в движение (эжектируемого, подтекающего, всасывающегося) газа могут многократно превышать объёмы газа, истекающего из канала и зависят от геометрии ввода. Так, например, рис. 129е отличается от рис. 1296 именно отсутствием подсосов у дна колпака. Подсос исчезает (а струя разрушается) и при плавном расширении канала в полость.

Если газовая струя является горячей и вырывается в холодный газ, то струя горячего газа за счет подмешивания холодного газа быстро (по мере удаления от входа струи) охлаждается или, как говорят в химической промышленности, «закаливается» (по аналогии с закаливанием металлических изделий путем резкого охлаждения). Поэтому передача тепла из горячей струи в холодное окружающее пространство представляется очень эффективной (по крайней мере, по сравнению со случаем, когда горячий газ тёк бы без подсосов в герметичной трубе), что и используется в тепловых завесах и тепловых пушках.

Рис. 133. Движение газов в полостях: а -стеснённая тупиковая затопленная турбулентная струя, б - стеснённая транзитная затопленная турбулентная струя, в - бестурбулентное расширение и сужение канала с ламинарным течением (трубка тока Бернулли, рис. 43). 1 -вход (исток) струи, 2 - выход (сток) струи, 3 -граница расширяющейся струи, разделяющая ламинарный газ и турбулентный газ в струе, 4 -встречный газовый поток, 5 - подсасываемый (подмешивающийся, эжектируемый) газ, 6 -тупиковая застойная зона, 7 - граница сужающейся струи, 8 - удаляемый из струи газ, 9 -число стрелок показывает величину расхода газа в струе, 10 - начало стеснённого расширения струи.

Рис. 134. Горячая струя в холодном газе, набегающая с подъёмом на стенку. Мелкие стрелки - эжектируемый газ. а - коэффициент теплопередачи, 5 - толщина ламинарного пограничного слоя, ц - циркулярный поток (обратный).

Тем не менее, при истечении струй в полости такая теплопередача (из горячей струи «в пространство») не является теплопередачей в стенки полости («в печь»). Ведь тепло передается пока только из горячего газа в холодный, то есть тепло как бы «размазывается» по значительно большему количеству газа. В результате из малого количества горячих газов получается большое количество теплых газов, снять тепло с которых весьма затруднительно из-за малой (уменьшенной) разницы температур газов и стенок полости. Поэтому в теплотехнике всегда предпочитают работать только с горячими газами, а теплые (недостаточно горячие) газы порой экономически выгодней попросту сбрасывать в атмосферу (как это делают на теплоэлектростанциях). Во всяком случае в тепловых аппаратах стараются не разбавлять горячие газы холодными.