5.4 Реакция струи жидкости и уравнение неразрывности струи жидкости
Рассмотрим рис.5.4.1. В результате действия на поток внешних сил на выделенном участке происходит изменение импульса K, равное:
(5.4.1)
рис 5.4.1
Рассмотрим теперь поток жидкости набегающей на преграду н разветвляющийся на два рукава (рис.5.4.2):
рис 5.4.2
Пусть массовый расход в неразветвленной части равен m0, а скорость в этом сечении равна V0. Попадая на преграду, поток изменяет импульс в результата действия сил со стороны преграды, выделим сечения в рукавах разветвленной части потока в которых массовые расходы равны, соответственно m1 и m2 , скорости V1 и V2, причем векторы скоростей образуют углы 1 и 2 с направлением скорости в неразветвленной части потока. Сила R действующая со стороны преграды на поток, образует угол R с вектором скорости V0. По (5.4.1) изменение импульса потока равно в единицу времени равно:
(5.4.2)
откуда сила:
(5.4.3)
В случае симметричной преграды массовые расходы в рукавах разветвленной части одинаковы и равны:
(5.4.4)
Скорость жидкости в рукавах в этом случае равна скорости в неразветвленной части, а углы 2=1=
Как видно из этого результата, максимальной реакция преграды будет в том случае, если скорости в рукавах противоположны скорости в неразветвленной части потока (=). Тогда
(5.4.6)
Оделим участок струи жидкости (рис.5.4.3). Через левое сечение площади S1 в участок трубки тока в единицу времени втекает жидкость со скоростью v1 , принимаемой одинаковой по сечению. Массовый расход жидкости в этом сечении равен:
(5.4.7)
Аналогично массовый расход для правого сечения равен:
(5.4.8)
рис 5.4.3
Для того, чтобы в выделенном участке трубки тока не происходило накопление жидкости или, наоборот, уменьшение массы, массовые расходы в левом и правом сечениях должны быть равны. Такой вывод можно сделать для любого другого сечения, т.е.:
(5.4.9)
Это и есть уравнение неразрывности струи жидкости. В случае несжимаемой жидкости: