工程流体力学第8章-射流2013

《工程流体力学》课程教学大纲英文名称：Engineering Fluid Mechanics课程编号：学时数：72其中实验学时数：12课程性质：必修课先修课程：高等数学，理论力学等适用专业：建筑环境与能源应用工程专业一、课程的性质、目的和任务本课程的性质：流体力学是建筑环境与设备工程专业的一门主要技术基础课。

是该专业工程技术人员必须掌握的知识。

它是研究流体平衡、运动及能量间内在联系与相互转换规律的一门学科，是一门以流体基础理论为主，结合一般工程技术的课程。

学生通过本课程的学习后，能够获得流体力学方面基础理论的系统知识，实验技能和一定的分析、解决问题的能力。

是后续专业课程学习的基础。

课程教学所要达到的目的是：1、使学生掌握流体静止及运动时的规律以及流体与固体之间的相互作用，并掌握这些规律在工程实际当中的应用，为后续专业课程的学习打下坚实的理论基础。

2、通过课堂教学和实验课使学生对工程实践中有关的流体力学问题有较广泛而系统的理论知识、必要的实验技能和一定的分析和解决问题的实际能力。

本课程的任务：通过本课程的学习，学生应掌握流体力学的基本概念，基本理论，以及水力计算的基本方法。

使学生具备必要的基础理论和一定的分析、解决实际工程中问题的能力，为学习后继专业课程及从事专业技术工作和进行科学研究奠定必要的基础。

二、课程教学内容及基本要求第1章绪论1.1 作用于流体上的力1.2 流体的主要力学性质1.3 牛顿内摩擦定律1.4 流体的力学模型基本要求：了解本课程在专业及工程中的应用；掌握流体主要物理性质，特别是粘性和牛顿内摩擦定律；作用在流体上的力；连续介质、不可压缩流体及理想流体的概念。

第2章流体静力学2.1 流体静压强及其特性2.2 流体静压强的分布规律2.3 流体静压平衡微分方程及其积分形式2.4 重力作用下流体静压分布规律2.5 压强的测量、计算与应用2.6 作用于平面的流体静压力2.7 作用于曲面的流体静压力2.8 重力与其它惯性力作用下的流体相对平衡基本要求：理解掌握流体静压强、等压面的概念及其性质；流体平衡微分方程及其在相对平衡中的应用；掌握平面和曲面受压力的计算方法。

流体力学第八章答案【篇一：流体力学第8、10、11章课后习题】>一、主要内容（一）边界层的基本概念与特征1、基本概念：绕物体流动时物体壁面附近存在一个薄层，其内部存在着很大的速度梯度和漩涡，粘性影响不能忽略，我们把这一薄层称为边界层。

2、基本特征：（1）与物体的长度相比，边界层的厚度很小；（2）边界层内沿边界层厚度方向的速度变化非常急剧，即速度梯度很大；（3）边界层沿着流体流动的方向逐渐增厚；（4）由于边界层很薄，因而可以近似地认为边界层中各截面上压强等于同一截面上边界层外边界上的压强；（5）在边界层内粘性力和惯性力是同一数量级；（6）边界层内流体的流动与管内流动一样，也可以有层流和紊流2种状态。

（二）层流边界层的微分方程（普朗特边界层方程）??v?vy?2v1?p?vy?????vx?x?y??x?y2????p??0?y???v?vy???0?x?y??其边界条件为：在y?0处，vx?vy?0 在y??处，vx?v(x)（三）边界层的厚度从平板表面沿外法线到流速为主流99%的距离，称为边界层的厚度，以?表示。

边界层的厚度?顺流逐渐加厚，因为边界的影响是随着边界的长度逐渐向流区内延伸的。

图8-1 平板边界层的厚度1、位移厚度或排挤厚度?1?1?2、动量损失厚度?2?vx1?(v?v)dy?(1?)dy x??00vv?2?1?v2???vx(v?vx)dy???vxv(1?x)dy vv（四）边界层的动量积分关系式??2???p?vdy?v?vdy?????wdx xx??00?x?x?x对于平板上的层流边界层，在整个边界层内每一点的压强都是相同的，即p?常数。

这样，边界层的动量积分关系式变为?wd?2d?vdy?vvdy?? x?x??00dxdx?二、本章难点（一）平板层流边界层的近似计算根据三个关系式：（1）平板层流边界层的动量积分关系式；（2）层流边界层内的速度分布关系式；（3）切向应力关系式。

工程流体力学中的射流与溢流流动分析工程流体力学是研究在各种工程中流体的运动和相互作用的学科。

其中，射流与溢流流动是工程流体力学中的两个重要现象。

本文将分析射流与溢流流动的特点、应用以及数值模拟方法。

一、射流流动分析射流是指在一定条件下，流体从一个管道或孔洞中以一定速度喷出。

射流流动是工程中常见的现象，如喷管、喷嘴和涡喷。

射流流动有以下特点：1. 高速度：射流流动的速度通常较高，这与流体的动量守恒定律有关。

射流流动将液体或气体的动能转化为机械能，可用于喷淋、清洗、喷射等工程操作。

2. 流形发展：射流流动在离开射流口后会形成一个射流束，随着距离的增加，射流束逐渐扩散，形成流形发展。

根据流形的特点，可以确定射流流动的稳定性、均匀性等。

3. 喷流特性：射流流动呈现出各种不同的喷流特性，如在一定距离后发生的分离、内部逆转、喷雾等现象。

这些特性对于工程设计和优化具有重要意义。

在工程实践中，射流流动广泛应用于水利工程、喷涂设备、火箭喷气推进器等领域。

为了准确描述和分析射流流动，可以采用数学模型和数值模拟方法。

常用的数值模拟方法有有限元方法、有限差分方法和计算流体力学方法等。

二、溢流流动分析溢流流动是指当液体或气体从容器或管道中溢出时的流动现象。

溢流流动的特点如下：1. 自由表面：溢流流动在某一位置形成了一个自由表面，即溢出口处的界面。

这个自由表面对于分析溢流流动的稳定性、流量计算等具有重要影响。

2. 流态转换：溢流流动涉及到液体由管道中持续流动到外部环境中的转换，这个过程中液体的流态也会发生转换，如由层流流态转变为湍流流态。

3. 涡流与湍流：溢流流动常常伴随着涡流和湍流的形成，这与流体受到的阻力和扰动有关。

涡流和湍流的产生对于流动的能量损失和波动有一定影响。

溢流流动在各种应用中都有重要作用，例如水坝溢流、淹没式泵站的溢洪、水池排水等。

为了分析和优化溢流流动，可以采用实验方法和数值模拟方法。

实验方法包括通过试验台和仪器观察和测量溢流流动的各个参数，数值模拟方法如计算流体力学方法可以通过建立相应的数学模型对溢流流动进行模拟和预测。

工程流体力学中的射流与喷流特性分析工程流体力学是研究流体在工程领域中的运动、变形和相互作用的学科。

射流与喷流是工程流体力学中常见的现象，在许多实际应用中具有重要的影响和作用。

本文将对射流与喷流的特性进行分析，包括形态特征、能量耗散机制和边界条件等方面，以期提供有关工程流体力学中射流与喷流特性的全面理解。

射流是流体以高速喷射出来的一种流动方式。

射流的形状与喷头的几何形状、流体的物性以及射流速度等参数密切相关。

射流通常呈锥形或圆锥形，其中心线与喷头中心轴对称。

射流的特点之一是具有较高的速度和较小的横截面积。

在流体运动的过程中，射流会产生各种现象，如射流的扩散、射流中心线的偏移以及射流中的涡旋等。

这些现象对射流的稳定性和传输性能产生了重要影响。

喷流是由于流体在一个较小的孔洞或喷嘴中产生速度增加而形成的，并在周围的环境中逐渐扩散的流动。

喷流通常呈圆锥形，具有较高的速度和较大的横截面积。

喷流的形态受到喷嘴几何形状、喷嘴出口流速和环境压力等因素的影响。

在喷流的过程中，会出现喷流的弥散、涡旋形成以及边界效应等现象。

这些现象对喷流的传输性能和工程应用带来了一定的挑战。

射流与喷流的能量耗散机制是工程流体力学中的重要研究内容。

射流与喷流的速度梯度较大，会导致能量的耗散，从而引起喷流的弥散和射流的偏移。

射流与喷流的能量耗散涉及到流体的能量转化和传递，在实际工程中需要进行合理的设计和控制。

研究射流与喷流的能量耗散机制，可以帮助工程师优化喷头和喷嘴的设计，提高流体的传输效率和能量利用率。

除了形态特征和能量耗散机制外，射流与喷流的边界条件也是工程流体力学中的重要内容。

射流与喷流的边界条件包括入口条件、出口条件和周边环境条件等。

入口条件决定了射流和喷流的初始特性，而出口条件则影响了射流和喷流的扩散和传输过程。

周边环境条件会对射流与喷流的稳定性和形态产生一定的影响。

在工程实践中，合理选择和控制射流与喷流的边界条件对于实现预期效果至关重要。

流体力学第八章答案【篇一：流体力学第8、10、11章课后习题】>一、主要内容（一）边界层的基本概念与特征1、基本概念：绕物体流动时物体壁面附近存在一个薄层，其内部存在着很大的速度梯度和漩涡，粘性影响不能忽略，我们把这一薄层称为边界层。

2、基本特征：（1）与物体的长度相比，边界层的厚度很小；（2）边界层内沿边界层厚度方向的速度变化非常急剧，即速度梯度很大；（3）边界层沿着流体流动的方向逐渐增厚；（4）由于边界层很薄，因而可以近似地认为边界层中各截面上压强等于同一截面上边界层外边界上的压强；（5）在边界层内粘性力和惯性力是同一数量级；（6）边界层内流体的流动与管内流动一样，也可以有层流和紊流2种状态。

（二）层流边界层的微分方程（普朗特边界层方程）??v?vy?2v1?p?vy?????vx?x?y??x?y2????p??0?y???v?vy???0?x?y??其边界条件为：在y?0处，vx?vy?0 在y??处，vx?v(x)（三）边界层的厚度从平板表面沿外法线到流速为主流99%的距离，称为边界层的厚度，以?表示。

边界层的厚度?顺流逐渐加厚，因为边界的影响是随着边界的长度逐渐向流区内延伸的。

图8-1 平板边界层的厚度1、位移厚度或排挤厚度?1?1?2、动量损失厚度?2?vx1?(v?v)dy?(1?)dy x??00vv?2?1?v2???vx(v?vx)dy???vxv(1?x)dy vv（四）边界层的动量积分关系式??2???p?vdy?v?vdy?????wdx xx??00?x?x?x对于平板上的层流边界层，在整个边界层内每一点的压强都是相同的，即p?常数。

这样，边界层的动量积分关系式变为?wd?2d?vdy?vvdy?? x?x??00dxdx?二、本章难点（一）平板层流边界层的近似计算根据三个关系式：（1）平板层流边界层的动量积分关系式；（2）层流边界层内的速度分布关系式；（3）切向应力关系式。

闻建龙主编的《工程流体力学》习题参考答案第一章 绪论1-1 物质是按什么原则分为固体和液体两大类的？ 解：从物质受力和运动的特性将物质分成两大类：不能抵抗切向力，在切向力作用下可以无限的变形（流动），这类物质称为流体。

如空气、水等。

而在同等条件下，固体则产生有限的变形。

因此，可以说：流体不管是液体还是气体，在无论多么小的剪应力（切向）作用下都能发生连续不断的变形。

与此相反，固体的变形与作用的应力成比例，经一段时间变形后将达到平衡，而不会无限增加。

1-2 何谓连续介质假设？引入连续介质模型的目的是什么？在解决流动问题时，应用连续介质模型的条件是什么？解：1753年，欧拉首次采用连续介质作为流体宏观流动模型，即不考虑流体分子的存在，把真实的流体看成是由无限多流体质点组成的稠密而无间隙的连续介质，甚至在流体与固体边壁距离接近零的极限情况也认为如此，这个假设叫流体连续介质假设或稠密性假设。

流体连续性假设是流体力学中第一个根本性假设，将真实流体看成为连续介质，意味着流体的一切宏观物理量，如密度、压力、速度等，都可看成时间和空间位置的连续函数，使我们有可能用数学分析来讨论和解决流体力学问题。

在一些特定情况下，连续介质假设是不成立的，例如：航天器在高空稀薄气体中飞行，超声速气流中激波前后，血液在微血管（1μm ）内的流动。

1-3 底面积为25.1m 的薄板在液面上水平移动（图1-3），其移动速度为s m 16，液层厚度为mm 4，当液体分别为C 020的水和C 020时密度为3856m kg 的原油时，移动平板所需的力各为多大？题1-3图解：20℃ 水：s Pa ⋅⨯=-3101μ20℃，3/856m kg =ρ， 原油：s Pa ⋅⨯='-3102.7μ水： 233/410416101m N u=⨯⨯=⋅=--δμτ 油： 233/8.2810416102.7m N u =⨯⨯=⋅'=--δμτ 1-4 在相距mm 40=δ的两平行平板间充满动力粘度s Pa ⋅=7.0μ液体（图1-4），液体中有一边长为mm a 60=的正方形薄板以s m u 15=的速度水平移动，由于粘性带动液体运动，假设沿垂直方向速度大小的分布规律是直线。

工程流体力学中的射流和喷射问题研究在工程流体力学领域中，射流和喷射问题是研究的重点之一。

射流是指液体或气体通过一个小孔或孔口以一定速度从一个密闭容器中排出。

而喷射则是指液体或气体通过一个喷嘴或喷头以一定速度从容器中喷出。

射流和喷射问题研究的内容包括射流和喷射的物理现象、流动特性以及影响因素等。

在设计工程中，了解和掌握射流和喷射问题的基本原理和特性是非常重要的。

首先，射流和喷射液体的速度和流量是研究中的重要参数。

通过控制射流和喷射的速度和流量，可以实现对流体的控制和调节。

在实际应用中，可以通过调整液体供给压力和孔口或喷嘴的几何形状来实现速度和流量的控制。

其次，射流和喷射的距离和范围也是需要考虑的因素。

这些参数受到多种因素的影响，如液体的密度、粘性和表面张力等。

通过对这些参数的研究和分析，可以得出射流和喷射的最佳距离和范围，以及控制溅射和飞散现象。

此外，射流和喷射还存在着与周围环境的相互作用。

例如，在湿式喷气除尘系统中，射流和喷射会与环境中的颗粒物发生碰撞和交互作用。

这种相互作用可能会影响到射流和喷射的性能和效果。

因此，需要对环境因素进行研究，以优化射流和喷射的设计和操作。

此外，射流和喷射问题的研究还涉及到流体力学中的流动特性和流场分析。

通过使用数值模拟和实验测试等方法，可以研究射流和喷射的速度分布、压力分布以及涡旋的生成和演化等现象。

这些研究可以帮助我们理解射流和喷射的流动机理，为工程实践提供依据和指导。

此外，在射流和喷射问题的研究中，还需要考虑到流体的物理性质和流体动力学方程等基本理论。

该问题涉及的物理性质包括密度、黏度、表面张力等，而流体动力学方程则包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等方程。

通过对这些基本理论的应用和分析，可以建立射流和喷射问题的数学模型，进一步研究流体的运动和变化规律。

总之，射流和喷射问题在工程流体力学中具有重要的研究价值和应用前景。

通过深入研究射流和喷射的物理现象、流动特性以及影响因素，可以为工程设计提供重要的理论依据和实践指导。

工程流体力学中的射流现象及应用研究1. 射流现象的概念和特点工程流体力学中的射流是指在特定条件下，流体以一定的速度从一个孔洞或管道中射出，形成一个流动体. 射流现象具有以下特点：1.1 射流面和射流核心：射流出口处形成一个射流面，射流面周围的流体称为环境流体，而射流中心称为射流核心。

射流核心内的速度比环境流体中的速度更高。

1.2 准直性：当射流流动距离较短时，射流流动方向几乎保持不变，呈现准直性。

1.3 混合现象：射流中的流体与环境流体发生交换和混合，形成不断变化的流场。

1.4 初射速度的影响：初射速度对射流现象具有重要影响，速度越高，射流现象越显著。

2. 射流现象的研究方法为了研究射流现象，工程流体力学研究者使用了多种方法和技术，包括数值模拟、实验测试和理论分析等。

2.1 数值模拟：通过建立射流的数学模型，运用数值方法进行计算和仿真，可以揭示射流的流动规律和特性。

2.2 实验测试：基于实验室条件，通过使用适当的设备和测量技术，对射流进行实时观测和测试，获取射流流速、压力和温度等参数。

2.3 理论分析：基于流体力学理论，对射流现象进行推导和分析，得出射流的解析解或近似解，以解释射流的形态和特性。

3. 射流现象的应用射流现象广泛应用于工程领域，如航空、航天、能源、环境等。

3.1 喷气发动机：射流现象在喷气发动机中起着关键作用，喷气发动机通过将燃料燃烧产生的高温高压气体通过喷口射出，产生喷流推力，从而推动飞机前进。

3.2 水泵与喷泉：射流现象在水泵和喷泉中广泛应用，通过射流将水体抬高或喷射出来，实现水的输送和装饰效果。

3.3 火箭推进器：火箭推进器中的射流现象是实现推力的核心，燃料在燃烧后射出，产生巨大的反作用力，从而推动火箭升空。

3.4 燃烧室与喷燃器：射流现象在燃烧室和喷燃器中用于控制燃料的混合和燃烧过程，以提高燃烧效率和降低排放。

4. 射流现象的挑战和未来研究方向虽然射流现象已经在许多领域得到了广泛应用，但仍然存在一些挑战和需要进一步研究的问题。

喷流和射流在工程流体力学中的应用喷流和射流是工程流体力学研究的重要内容，广泛应用于各个领域，如航空航天、能源、汽车、化工等。

本文将重点介绍喷流和射流在工程流体力学中的应用。

1. 喷流喷流是指将流体通过一个孔洞或喷头从高压区域喷出，呈现出高速、聚集、连续的特点。

喷流在各个领域中有着广泛的应用。

首先，喷流在航空航天领域中有着重要的应用。

例如，火箭发动机的推进剂通过喷流形成的高速气流产生反作用力，推动火箭运行。

此外，飞机喷气发动机中的喷气口也是喷流的应用，通过喷流产生的高速气流提供了推动力，实现了飞行。

其次，喷流在煤矿瓦斯抽采和烟气净化等能源领域有着重要的应用。

喷射抽采是一种通过喷射流动产生的低压区域来吸引和抽采地下煤矿的瓦斯，以降低瓦斯爆炸风险。

此外，喷流还被广泛应用于烟气净化中，通过喷雾洗涤和喷淋冷却等喷流技术，有效去除烟气中的污染物。

再次，喷流在汽车行业中有着重要的应用。

例如，燃料喷射系统是现代汽车发动机的关键部件之一，通过喷射器将燃料以高压喷出形成细小雾滴，使其更好地与空气混合燃烧，提高发动机的效率和动力输出。

2. 射流射流是指将流体从一个喷嘴中以高速射出，呈现出集中、直线、高速的特点。

射流在各个领域中也有着广泛的应用。

首先，射流在水力工程中有着重要的应用。

例如，水力破碎器就是一种利用射流原理，通过高速水流来破碎岩石、混凝土等坚硬材料的工具。

此外，水轮机中的喷嘴和叶片以及水泵中的喷嘴和叶片也是射流的应用，通过喷射射流产生的高速水流来驱动涡轮转动，转化为电能或机械能。

其次，射流在火箭发动机中也有着重要的应用。

例如，火箭发动机的喷管通过射出高速射流产生的反作用力来推动火箭，实现了宇宙航行。

此外，喷气式飞机中的喷管也是射流的应用，通过射出高速射流产生的反作用力来推动飞机飞行。

再次，射流在化工领域中也有着广泛的应用。

例如，喷雾干燥器利用射流原理，通过将液体物料通过喷嘴雾化成微小颗粒，然后与热空气接触并干燥，实现物料的干燥过程。