Freistrahl

Ein Freistrahl ist eine Strömung aus einer Düse (Durchmesser do) in die freie Umgebung ohne Wandbegrenzung. Das aus der Düse ausströmende Fluid und das Fluid der Umgebung haben unterschiedliche Geschwindigkeiten. Zwischen ihnen entsteht eine Scherschicht, aus der sich ein Freistrahl entwickelt. Das umgebende Fluid wird angesaugt und mitgerissen.

Stromabwärts wird der Freistrahl in drei Bereiche unterteilt.

Im Ähnlichkeitsbereich nimmt die Geschwindigkeit






v



x




(


x


)




{\displaystyle v_{x}(x)}


mit zunehmendem axialen Abstand





x




{\displaystyle x}






d


(


x


)


=


0.32






x




{\displaystyle d(x)=0.32\cdot x}


(s.u.)

Die Geschwindigkeit






v



x




(


y


)




{\displaystyle v_{x}(y)}


nimmt von der Strahlmitte nach außen hin (





y




{\displaystyle y}


-Richtung) in Form einer Gauß’schen Glockenkurve ab.

Der Strahlwinkel, auf dem sich die Geschwindigkeit halbiert hat, errechnet sich aus:

Hier haben die Stromlinien des angesaugten Fluids den minimalen Abstand zur Strahlachse, ihre Krümmung ist gering.

Der Strahlwinkel





Θ





{\displaystyle \Theta }


, auf dem die Geschwindigkeit auf nur noch 1 % abgenommen hat, ist etwa 18°, d.h. hier liegt der gerade noch messbare Rand des Freistrahls.

Der fiktive Freistrahlursprung befindet sich 0.6






d



0






{\displaystyle d_{0}}


hinter der Düsenöffnung, d.h. bei





x


=






0


,


6







d



0




.




{\displaystyle x=-0,6\cdot d_{0}.}


Der Durchmesser





d


(


x


)




{\displaystyle d(x)}


und der Massenstrom








m


˙






(


x


)




{\displaystyle {\dot {m}}(x)}


des Freistrahls nehmen linear zu:

Der Impuls





I




{\displaystyle I}


und der statische Druck





p




{\displaystyle p}


sind konstant.