касательной скорости жидкости. Течения в этой области неустойчивы к бесконечно малым
возмущениям. Неустойчивость течения жидкости приводит к образованию области турбулентного
движения (турбулентного следа). Для качественного анализа влияния гидродинамического следа
используется модель отрывного течения в виде векторной суммы двух струйных отрывных течений.
Для струйных отрывных течений и отрывных течений, которые представляются в виде
алгебраической суммы струйных, справедливо утверждение, что свободная граница физически
эквивалентна твердой стенке, на которой модуль скорости постоянен, и поиск струйного отрывного
течения становится эквивалентен решению гидродинамической задачи безотрывного
потенциального обтекания тела, некоторая часть поверхности которого неизвестна и сама должна
быть определена по заданному распределению скоростей на ней.
Простейшим примером отрывного течения является случай плоской щели в неподвижной
среде, где точки отрыва находятся на кромках щели. Решение этой гидродинамической задачи было
получено Г.Гельмгольцем с помощью теорий струй методом конформного отображения.
Коэффициент аспирации для плоской щели при отрывном потенциальном обтекании получен
также в виде степенного ряда по k с весьма громоздкими коэффициентами. Сравнение результатов
расчетов по этой формуле с результатами расчетов коэффициента аспирации для безотрывного
потенциального обтекания щели показывает, что при малых значениях k и α, близких к –1, влияние
фактора отрывности течения пренебрежимо мало. Например, для α
≤
-0,5 разница между
коэффициентами аспирации составляет около 13%. При средних и больших значениях k и
отрицательных малых α разница между коэффициентами меньше 4%.
Для более сложных отрывных течений также исследовалось влияние на коэффициент
аспирации замены отрывных течений струйными отрывными течениями и, кроме того, изучалось
влияние на коэффициент аспирации стенок канала, в который помещено аспирирующее устройство.
Эти исследования показали, что и в таких случаях коэффициенты аспирации для отрывных и
струйных течений практически совпадают, т.е. влияние гидродинамического следа мало.
Влияние стенок на коэффициент аспирации оказалось достаточно существенным: при
положительных α коэффициент аспирации увеличивается, а при отрицательных уменьшается.
Коэффициент аспирации в т р у б к е для ситуации, когда коэффициент анизокинетичности
близок к –1, можно оценивать по формулам для трехмерного стока, если
α+<<
11k
. Для трубок
с относительно большим диаметром и тонкими стенками предложено несколько эмпирических и
полуэмпирических формул, удовлетворительно описывающих зависимость коэффициента аспирации
от ширины трубки.
Теоретические исследования дают очень громоздкие выражения для расчета ε, поэтому
приведем лишь сами значения коэффициента аспирации в зависимости от k и α (табл. 2.2) для
осесимметричной трубки с очень тонкими стенками.
Таблица 2.2
α
k
- 0,8 - 0,6 - 0,4 - 0,2 0,25 0,5 1 24
0,5 — 0,886 0,924 0,962 l,048 1,095 1,190 1,380
1 0,744 0,808 0,872 0,936 1,080 1,160 1,320 1,640 2,280
2 0,592 0,694 0,796 0,898 1,128 1,255 1,510 2,020 3,040
5 0,368 0,526 0,684 0,842 1,198 1,395 1,790 2,580 4,160
10 0,272 0,454 0,636 0,818 1,228 1,455 1,910 2,820 4,640
… ………………………
∞
0,200 0,400 0,600 0,800 1,250 1,500 2,000 3,000 5,000
В эксперименте в большинстве случаев можно выполнить условия, при которых
коэффициент аспирации даже для очень крупных капель был бы близок к единице.
Инерционное осаждение частиц. Физическая природа инерционного осаждения весьма
проста и понятна: аэрозольные частицы, обладая большей массой, чем молекулы воздуха, при
искривлении линий тока среды перед препятствием движутся по траекториям, которые пересекают
линии тока, и оседают на препятствии. Удивителен лишь факт, что, несмотря на значительное
различие масс частиц и молекул, не все аэрозольные частицы из трубки тока с сечением, равным