94
chơng VIII
dòng tia

8.1. Khái niệm về dòng tia8.1.1. Định nghĩa - phân loại
Dòng chất lỏng khi chảy ra khỏi vòi phun và đợc phun vào môi trờng chất lỏng hay
chất khí thì gọi là dòng tia.
Dòng tia chất lỏng chuyển động trong môi trờng chất lỏng là dòng tia ngập (hay còn
gọi là luồng). Ví dụ dòng tia nớc từ vòi đặt ngầm dới mặt nớc sông để phá đất, nạo
vét lòng sông.
Dòng tia chất lỏng chuyển động trong môi trờng khí là tia tự do, ví dụ : dòng tia nớc
của vòi chữa cháy, của máy tới ..
Trạng thái chảy trong dòng tia có thể là chảy tầng hoặc chảy rối, nhng trong thực tế
thờng gặp chảy rối. Vì vậy dới đây chúng ta chỉ nghiên cứu một số tính chất của dòng
tia ở trạng thái chảy rối.

8.1.2. Dòng tia ngập

U
H
X
H
U
O
b
U
H
U

(theo thực nghiệm tính toán).
2. Theo chiều dài dòng tia ngập có thể chia làm 3 đoạn :
- Đoạn đầu : từ miệng vòi phun cho đến mặt cắt quá độ tức là mặt cắt kết thúc lõi dòng
tia. Trong đoạn đầu có lõi và một phần của lớp biên chảy rối quanh lõi.
- Đoạn cơ bản : từ mặt cắt giới hạn trở đi. Dòng tia chỉ gồm lớp biên chảy rối trong đó
vận tốc giảm dần dọc theo trục dòng tia.
- Giữa đoạn đầu và đoạn cơ bản có một đoạn quá độ rất ngắn .

8.1.3. Dòng tia không ngập
Quan sát một dòng tia không ngập, ví dụ một tia nớc từ một vòi hình trụ tròn phun vào
không khí ta thấy có ba phần rõ rệt ( hình8-2 ).
Phần tập trung
Phần rơi
Phần tan r

Hình 8-2
96
- Phần tập trung : dòng tia vẫn giữ nguyên hình trụ tròn, chất lỏng vẫn liên tục.
- Phần rời rạc: dòng tia mở rộng hơn, sự liên tục của chất lỏng bị phá hoại.
- Phần tan r : dòng tia tan r thành những hạt nhỏ, gián đoạn.
Dòng tia tự do đợc sử dụng nhiều trong kỹ thuật nh súng thuỷ lực dùng phá
đất, khai thác than, dòng tia chữa cháy..., những loại này cần dùng phần tập trung của
dòng tia. Nhng khi cần phun hạt nớc nhỏ để tới thì lại phải lợi dụng phần tan r. 8.2. Các đặc trng thuỷ khí động cơ bản của dòng tia

8.2.1. Sự phân bố các thông số thuỷ khí động theo tiết diện ngang của
dòng tia


3 2
2
/
( 8-1 )
Trong đó :

=
y
b

+ Hàm biểu diễn sự phân bố nhiệt độ :

( )
T T
T T
H
m H
P
r
t


= 1
3 2

/
( 8-2 )
97
Trong đó :
P

P
T T
T T
r
t
1
3 2/
( 8-3 )
Trong đó :

=
+
G
G G
tc
tc
- Nồng độ trọng lợng tạp chất

G
tc
- Trọng lợng tạp chất.

G G
tc
+
- Trọng lợng toàn hỗn hợp.

8.2.2. Qui luật mở rộng dòng tia (dọc theo trục x)

Để giải quyết vấn đề này có thể tiến hành theo nhiều phơng pháp. Tuy nhiên

- Trờng hợp u
1
= Const , u
2
= Const :

db
dx
const=
b = c
1
x ( 8-6 )
Trong đó :
C C
u u
u u
1
1 2
1 2
=

+

đối với dòng tia ngập ( u
2
= 0 ) : b
Z
= cx ( 8-7 )
Từ ( 8-5 ), ( 8-6 ) và ( 8-7 ) ta có :
98

- Dòng phun đồng chất ( không có tạp chất ).
- Dòng phun đẳng áp ( p= const ); thực tế điều kiện này thoả mn vì trong dòng
phun áp suất tĩnh hầu nh không đổi và bằng áp suất tĩnh trong môi trờng
ngoài.

1. Xét qui luật biến đổi vận tốc và sự mở rộng của lớp biên dọc theo trục
dòng tia ( xét trên đoạn cơ bản của dòng tia )

Vì áp suất tĩnh tại mọi điểm trong dòng tia là không đổi nên từ nguyên lý bảo
toàn động lợng ta thấy rằng : động lợng của chất lỏng tính trên một đơn vị thời gian
có trị số nh nhau tại mọi mặt cắt :

o
udu


=

2
(8-9)
Trong đó :

o
=

R
o
2
(2b
o