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流体力学第六章 气体射流

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流体力学第6章(2007)

流体力学第6章(2007)


4）射流的极点、极角和核心收缩角
把外边界反向延长，其交点就是极点 外边界与射流轴线的交角a叫射流的极角（外圆锥的半角）。 内边界与轴线的交角叫核心收缩角（内圆锥的半角）。
5
第一节无限空间淹没紊流射流特性
二、紊流系数a及几何特征
其斜率即：tga＝常数＝k。 对于不同的条件，k值是不同的常数，也叫实验常数。 通过实验发现，k值的影响因素有两个主要的因素： 1、射孔出口截面上气流的紊流强度。 紊流强度的大小用紊流系数a（A）来表示：a大紊流的强度就大，因此，紊 流 系数的大小可以反映出射流的扩张能力，所以，a也叫表征射流流动结构的 特征系数。另一方面，由于a反映的是射流混合能力的大小，因此，a还可以反 映孔口出口截面上的速度均匀程度。a越小，则混合能力越差，说明流速越均匀 。 2、射孔的形状，圆孔口和方孔显然其扩张的情况不会相同。不同的射口形状有 不 同的实验值。用φ表示这个影响因素， 对圆断面射流 φ＝3.4，长条缝射孔 φ＝2.44。
21
第四节 温差或浓差射
Q as as 2 3.74 0.90( ) Q0 r0 r0
Q Q Q as as 2 1 0.76( ) 1.32( ) Q0 Q0 r0 r0
16
第二节 圆断面射流的运动分析
七、起始段断面平均流速v1
r0 v1 Q/ A Q Q ( )( )2 v0 Q0 / A0 Q0 Rr v1 v0 as as 2 1 0.76 1.32( ) r0 r0 as as 2 1 6.8 11.56( ) r0 r0
来，实际上又回到了射流中。
热力特性：扩张区域同静止气体交换热量，由于过程为等压过程，由热力学的知
识可知，Q＝ΔH-VdP 即交换的热量等于运动区域与静止区域的
(完整版)第六章气体射流

(完整版)第六章气体射流


6.4 温差或浓差射流
温差（浓差）射流—本身温度（浓度）与周围有差异的射流 射流内边界层 温度内边界层
温度外边界层 射流外边界层
为简化，忽略温度（浓度）与射流速度边界的差
对于温差射流
出口截面与外界温差 轴心与外界温差
T0 T0 Te
Tm Tm Te
截面上某点与外界温差 T T Te
对于浓差射流
Q0v0 r02v02
任意截面动量
R
v2 ydyv
R 2v2 ydy
0
0
动量守恒
r02v02
R 2v2 ydy
0
6.2 圆断面射流的运动分析
根据紊流射流的特征来研究圆断面射流的速度、流量沿 射程的变化规律。
□ 6.2.1 轴心速度vm
方程两端同除 R2vm2 :
r02v02
喷嘴种类
带有收缩口的喷嘴 圆柱形管 带有导板的轴流式风机 带有导板的直角弯管 带有金属网的轴流式风机 收缩极好的平面喷口 平面壁上锐缘狭缝
具有导叶磨圆边口的风道纵向缝
a 0.066 0.08 0.12 0.20 0.24 0.108 0.118
0.155
2α 25o20' 29o00' 44o30' 68o30' 78o40' 29o30' 32o10'
41o20'
喷嘴上装置不同型式的风板栅栏，则出口截面上气流的扰动紊乱程度不同， 因而紊流系数 a 不同。扰动大的紊流系数 a 值增大，扩散角 α 也增大。
◇ 圆断面射流半径沿射程的变化规律
射流半径的沿程变化规律
R r0
3.4
as r0
0.294
工大流体力学第六章

工大流体力学第六章


6.4
6.4.2
温差或浓差射流
轴心温差△Tm
由相对焓值相等：
6.4
6.4.2
温差或浓差射流
质量平均温差△T2
质量平均温差△T2 ：以质量平均温差乘以ρQc即得相对焓 值。为此，列出出口断面与任一断面的相对焓值等式：
6.4
6.4.2
温差或浓差射流
质量平均温差△T2
从表中可以看到，扰动加强，则湍流系数a增大，所以扩散 角α增大。
6.1
6.1.7
无限空间淹没湍流射流的特征
射流的几何特征
若湍流系数a确定，则射流边界层的外边界轮廓线 也被确定，射流按一定的扩散角α向前作扩散运动， 此即射流的几何特征。
6.1
6.1.7
无限空间淹没湍流射流的特征
射流的几何特征
射流的无因次半径正比于由极点算起的无因次距离。
6.1
无限空间淹没湍流射流的特征
6.1.2 气体射流及其分类 气体从空口、管嘴或条缝射入同一介质 的空间所形成的流动称为气体淹没射流， 简称气体射流。 当射流出口的速度较大，流动呈湍流状 态时，称为湍流射流。 本专业所涉及到的气体射流均为湍流射 流。
6.1
无限空间淹没湍流射流的特征
6.1.2 气体射流及其分类 根据空间固体边壁对射流影响的不同，气体射流可分为自 由射流和受限射流。 自由射流：射流出流到无限大的 空间中，流动不受固体边壁的限 制。 受限射流：射流出流后，其扩展 受到壁面的限制。本专业所涉及 到的气体射流几乎均为受限射流。
6.1
6.1.5
无限空间淹没湍流射流的特征
等温射流结构
射流速度等于0的点的 连线叫做射流的边界线。 实验结果表明，射流边 界线是一条直线。直线 ABC和直线DEF。 射流边界线所包围的空 间构成圆锥体，由直线 ABC和直线DEF相交于M 点。圆锥的顶点M，称 为极点；圆锥的半顶角 ∠BMO称为扩散角。
《流体力学》第六章气体射流

《流体力学》第六章气体射流

和圆断面射流相比，流量沿程的增加，流速沿 程的衰减都要慢些，这是因为运动的扩散被限 定在垂直于条缝长度的平面上的缘故。
.
射流参数的计算
段 名
参数名称
符号
圆断面射流
平面射流
扩散角 主
α tg3.4a tg2.44a
体
段 射流直径 或半高度
D b
D d0
6.8
as d0
0.147
b b0
2.44
0.095 as 0.147
d0
v1 0.492
v0
as 0.41
b0
v2
v2 v0
as
0.23 0.147
d0
v2 v0
0.833 as 0.41 b0
.
段名 参数名称
符 号
圆断面射流
平面射流
起
流量
Q
2
QQ0 10.76ar0s1.32ar0s
Q Q0
1 0.43 as b0
始
v 断面平均 流速
B0Kx
tgKxK3.4a
x
紊流系数
起始段
主体段
C
B
A
R
M
α r0
核心
0
D X0
边 E
界 层
Sn
F
S
X
射流结构
.
紊流系数与 出口断面上 紊流强度有 关，也与出 口断面上速 度分布的均 匀性有关。 （表6-1）
紊流系数
喷嘴种类 带有收缩口的喷嘴
a
0.066 0.071
圆柱形管
带有导风板的轴流式通风机 带导流板的直角弯管
已知射流直径D, v2,d0,a, 求S和Q0
流体力学第六章 气体射流

流体力学第六章 气体射流

的过程中，是否受到某固体边界的约束，可分为自由
射流、半限制射流和限制射流。
4.按射流流体在扩散流动过程中是否旋转，可分 为旋转射流和非旋转射流。 5.按射流管嘴出口截面形状不同，可分为圆形射 流(又称轴对称射流)、矩形射流、条缝射流(可按平 面射流处理)、环状射流和同心射流等。 对于矩形射流，当长宽比小于3时，可按轴对称
＝＞
2
习 题 解 析
例6－3 工作带质量平均流速要求为3m/s，工作面直径 为2.5m，送风温度为15℃，车间温度为30℃，要求工作带的
温差或浓差射流分析，主要 是研究温差或浓差场的分布规律， 同时讨论由温差或浓差引起的射 流弯曲的轴心轨迹。
(一) 温差射流的特征 1. 几何特征 除常规射流的动量、质量交换，温差射流还存在 热量交换。由于热扩散略快于动量扩散，因此温度 边界层比速度边界层发展要快些厚些。但在处理实 际问题时，为简化起见，认为二者相同。 2. 温差(或浓差)分布的相似性.
说明工作区在射流主体段内。 (2) 由表9－1中主体段质量平均流速计算式，得喷口流速为
( u0 as R0 0 . 455 0 . 294 ) u ( 0 . 08 3 . 86 0 . 15 0 . 455 0 . 294 ) 3 15 . 5 m/s
喷口流量为
Q0 1 4
R 3 .4 R 0 ( as R0 0 . 294 ) 3 . 4 a s R 0
所以，喷口至工作区的距离为
s R R0 3 .4 a 1 . 2 0 . 15 3 . 4 0 . 08 3 . 86 m
射流起始段长度为
习 题 解 析
s n 0 . 672 R0 a 0 . 672 0 . 15 0 . 08 1 间存在着 温度差或浓度差,则这样的射流就称为温差射 流或浓差射流。 举例：
第六章 气体射流

第六章 气体射流


由
T2 Te 0.23 as T0 Te 0.147 d0
0.23 as 0.147 d0
，可得
0.23 10 27 23.67 0 C 0.08 3 0.147 0.1
t 2 te
t0 te 27
从而有
a 3 2 0.51 s 0.35 s d 0 9.8 10 27 0.08 3 2 0.51 3 0.35 32 4.28m 2 273 27 0.1 y' g T0 2 0 Te
§6.4 温差射流与浓差射流
一、 温差与浓差射流的特征 2. 运动特征 由试验得出，截面上温差分布、浓差 分布与速度分布之间具有相似性，即：
T v y 1 1 1.5 Tm vm R
1 2 1.5
3. 热力学特征 在等压情况下，射流断面上相对焓值 流量不变。
cTdQ C
§6.4 温差射流与浓差射流
二、几个主要参数的计算公式 1. 轴心温差 Tm
Tm 0.35 T0 as 0.147 d0
2. 质量平均温差 T2
T2 0.23 as T0 0.147 d0
T2 .Qc 相对焓值流量
§6.4 温差射流与浓差射流

r0 tg 1.49a sn
【例】圆射流以 Q0=0.55m3/s，从 d0=0.3m 管嘴流出。试求 2.1m处射流半宽度R、轴心速度vm、断面平均速度v1 、质量 平均速度v2，并进行比较。 【解】查表得a=0.08。 先求核心长度 s n
r0 0.15 s n 0.672 0.672 1.26m a 0.08 sn s 2.1m ，所求截面在主体段内 。
流体力学课件6气体射流

流体力学课件6气体射流


状态方程
总结词
描述气体在不同状态下的物理属性。
详细描述
状态方程是描述气体在不同压力、温度和密 度下的物理属性的关系式。在气体射流中， 状态方程可以用于计算气体的密度、压力和 温度等物理量，进而用于求解其他方程。
04
气体射流的数值模拟方法
有限差分法
有限差分法是一种基于离散化的数值方法，通过将连续的 物理量离散化为有限个离散点上的数值，并建立差分方程 来求解物理量的变化规律。
特性
气体射流具有方向性、扩散性和扰动 性等特性，这些特性决定了气体射流 的运动规律和作用效果。
分类与形式
分类
根据不同的分类标准，气体射流可以分为多种类型，如按流 动形态可分为自由射流、受限射流和冲击射流等；按气体性 质可分为可压缩气体射流和不可压缩气体射流等。
形式
气体射流的形式多样，常见的有喷嘴射流、燃烧室射流、透 平射流等，这些形式的应用范围和作用效果各不相同。
随着气体射流远离喷口，压力逐渐减小，这是由于气体流动过程中能量损失导致 的。
温度分布与变化
温度分布
气体射流中的温度分布与压力分布类 似，中心区域温度较高，边缘区域温 度较低。
温度变化
射流过程中，由于气体与周围介质之 间的热量交换，温度会发生变化。通 常情况下，射流会逐渐冷却。
密度分布与变化
密度分布
射流的基本方程
01
02
03
连续性方程
描述了气体射流中质量守 恒的规律，即流入和流出 射流区域的质量流量相等 。
动量方程
描述了气体射流中动量守 恒的规律，即流入和流出 射流区域的动量流量相等 。
能量方程
描述了气体射流中能量守 恒的规律，即流入和流出 射流区域的能量流量相等 。
流体力学第六章

流体力学第六章

r0 d0
（3）起始段质量平均温差∆T2 将起始段的 qv 0 / qv代入T2 / T0 qv 0 / qv ，即得起始段 质量平均温差计算式为
T2 qv 0 T0 qv
1 as as 1 0 .76 1 .32 r0 r 0
2
二、射流弯曲
质量平均流速为轴心流速的 47％。因此用v2 代表使用区 v2 ：不仅在数值上 v1 、 的流速要比 v1 更合适些。但必须注意， 不同，更重要的是在定义上根本不同，不可混淆。
五、起始段核心长度 Sn 及核心收缩角
r0 s n 0.672 a
r0 tg 1.49a sn
§6-4 平面射流
一、有限空间射流结构
C ：漩涡中心
Ⅰ-Ⅰ断面也称第一临界断面， Ⅱ-Ⅱ断面也称第二临界断面 ，
橄榄形流场由三部分组成： 射流出口至断面Ⅰ-Ⅰ为自由扩张段
Ⅰ-Ⅰ断面至Ⅱ-Ⅱ断面为有限扩张段
Ⅱ-Ⅱ断面至Ⅳ-Ⅳ为收缩区段
二、有限空间射流动力特征与半经验公式
有限空间射流研究起来较自由射流困难得多。 有限空间射流不同于自由射流的重要特征是橄榄形边界 外部与固体边壁形成与射流方向相反的回流区。而空调工程 中，工作区通常就设在回流区内，因此对其风速需要限制。 计算回流区速度v 的半经验公式:
三、射流的动力特征
射流过流断面间的动量变化规律为射流的动力特征。
实验表明，射流中任意一点上的压强均等于周围气体的 压强。根据动量方程可以导出，射流各断面上的动量相等。 这就是射流的动力特征。
三、射流的动力特征
以圆断面射流为例，它的任意断面上的动量可表示为
Q0 v0 r v 2 u 2 y dy
得： 令
流体力学泵与风机第6章

流体力学泵与风机第6章


sn
0.671r0 a
0.671 0.3 0.12
1.68
m 10
m
所计算断面 在主体段内
vm 0.965
0.965
0.225
v0 as 0.294 0.1210 0.294
r0
0.3
vm 0.225v0 2.25 m/s
Q
4.4(
as d0
0.147)Q0
4.4( 0.1210 0.147) 3.14 0.32 10 26.7 m3/s 0.6
v0 A Q0 Q0 R
3.4ax ax
v1 0.2vm
四、主体段质量平均流速v2 定义v2 ：用v2乘以质量即得真实动量
Q0v0 Qv2
v2 Q0 1 0.4545 v0 Q 2.2ax ax
v2 0.47vm
五、起始段核心长度sn及核心收缩角θ
过渡断面vm=v0 ，s=sn，代入
vm v0
r0
r0
r0
1 6.8 as 11.56( as)2
r0
r0
八、起始段质量平均流速v2
v2 Q0
1
v0 Q 1 0.76 as 1.32( as)2
r0
r0
[例6-1] 用轴流风机水平送风，风机直径d0=600mm。出口风速 v0= 10m/s，求距出口10m处的轴心速度和风量。
解： 由表6-1查得紊流系数a=0.12。先求起始段核心长度sn
3.86 m
r0 3.4a 0.15
3.4 0.08
（2）先求起始段核心长度sn
sn
0.671r0 a
0.671 0.15 1.26 0.08
m 3.86
m
工程流体力学第六章 气体射流

工程流体力学第六章 气体射流

射流方向上各横截面上的动量守恒 2Q2v2 1Q1v1
平面射流，如空气幕等 平面射流的几何特征、运动特征、动力特征与圆断面射流相似。
二、有限空间射流
射流结构:右图所示
由于边壁限制了射流边界层的发展 扩散，射流的半径及流量不能一直 增加，而是增大到一定程度后又逐 渐减小，使流场边界线呈橄榄形。
本章简要介绍无限空间射流和有限空间射流
一、自由湍流射流
右图为射流结构示意图
自由湍流射流特征
起始段和主体段
射流边界层从出口沿射程不断向外扩散，带动周围介质进入边界层，同时边界层也向 射流中心扩展，至出口如图的BOE面处，边界层扩展到射流轴心线，核心区域消失。
起始段：出口断面至过渡断面之间的部分称为射流起始段 主体段：过渡断面以后称为射流主体段
动力特征
(1) 射流内部的压强是变化的，随射程的增大而增大，直至端头 末尾压强最大，达到稳定后数值比周围环境大气压强稍高一点。
(2) 射流中各横截面上的动量不再守恒，沿程逐渐减小，在第二 临界断面后，动量很快减小以至消失。
旋转射流
气体本身一面旋转，一面向周围介质中扩散前进， 其特征与自由射流和有限空间射流大不相同。
射流旋涡中心断面，各运动参数发生了根本转折，流线开始越出边界 层产生回流。射流主体流量开始沿程减小。
(4) 贴附射流： 射流主体段贴附于顶棚上，而回流区全部集中于射流主体下部与地面之 间。
(5) 回流区风速v：
v F 0.177(10x )e10.7x 37x2 v0 d0 当房间长度大于射流长度时，在射流橄榄形结构的后面将出现末端涡 流区。如下图所示：注意涡旋转方向。
由上述示意图可得：


r0 x0
(x0
流体力学 第6章 气体射流

流体力学 第6章 气体射流

• 式(6-3)如用于起始段,仅考虑边界层中流速分布,参看图6-4c。则式中,y为截面上任 意点至核心边界的距离;R为同截面上边界层厚度;v为截面上边界层中点y的速度;vm 为核心速度v0。
无限空间淹没湍流射流的特征
➢ 动力特征
实验证明,射流中任意点上的静压强均等于周围气体的压强。现取中1-1、 2-2所截的一段射流脱离体,分析其上受力情况。因各面上所受静压强均相 等,则沿x轴方向外力之和为零。据动量方程可知,各横截面上轴向动量相等 --动量守恒,这就是射流的动力学特征。
✓ 设圆断面射流截面的半径为R(或平面射流边界层的半宽度b),它和截面到极点的 距离x成正比,即R=Kx。
✓ 由图6-1看出
• 式中,K为试验系数,对圆断面射流 K=3.4a;
• a为湍流系数,由实验决定,是表示射 流流动结构的特征系数。
图6-1 射流结构
5
无限空间淹没湍流射流的特征
➢ 湍流系数a及几何特征
湍流系数a与出口断面上湍流强度(即脉动速度的均方根值与平均速度值之比)有关,湍流强 度越大,说明射流在喷嘴前已“紊乱化”,具有较大的与周围介质混合的能力,则a值也大,使 射流扩散角α增大,被带动的周围介质增多,射流速度沿程下降加速。
a还与射流出口断面上速度分布的均匀性有关。如果速度分布均匀u最大/u平均=1,则a=0.066;
应用这一特征,对圆断面射流可求出射流半径沿射程的变化规律,如图6-1所示。
以直径表示
图6-1 射流结构
7
无限空间淹没湍流射流的特征
➢ 运动特征
为了找出射流速度分布规律,许多学者做了大量实验,对不同横截面上的速度分布进行 了测定。这里仅给出特留彼尔(Trupel)在轴对称射流主体段的实验结果,以及阿勃拉莫 维奇(Abramovich)在起始段内的测定结果,分别如图6-2a及图6-3a所示。

第6章气体射流正式


48
6· 4
温差或浓差射流
一、概述
2、温差、浓差射流的特点： 速度边界层
温度边界层
49
6· 4
温差或浓差射流
一、概述
3、符号的约定（以下标e表示周围气体的符号）：
50
6· 4
温差或浓差射流
一、概述
4、实验得出温差、浓差、速度分布关系
温差分布线
同绘在一个无因次坐标 上，无因次温差分布线， 在无因次速度分布线的 外部
22
送、回风的形式与特点（一）上送
23
送、回风的形式与特点（一）上送
24
送、回风的形式与特点（一）上送
25
送、回风的形式与特点（二）中送
26
风口
（二）类型
27
风口
（二）类型
百叶风口
28
风口
（二）类型
散流器
29
风口
（二）类型
散流器
30
风口
（二）类型
散流器
31
风口
（二）类型：条缝风口
第6章 气体射流
1
射流的应用
• 空调通风和除尘工程中的空气淋浴、空气帷幕、 室内气流组织的设计；工程燃烧及旋流送风， 污水经排污口出流后对水体的污染和处理，烟 尘和废气的扩散和对环境的污染，高速射流在 水力采矿和岩土破碎中的应用和在冶炼工艺中 的应用等。射流的应用是十分广泛。
2
综述
气体自孔口、管嘴或条缝向外喷射所形成的流动，简称 为气体射流。当出口速度较大，流动呈紊流状态时，叫做紊 流射流。在釆暖通风工程上所应用的射流，多为气体紊流射 流。 射流与孔口管嘴出流的研究对象不同。射流讨论的是出 流后的流速场、温度场和浓度场；孔口管嘴仅讨论出口断面 的流速和流量。 出流空间大小，对射流的流动有很大影响。出流到无限 太空间中，流动不受固体边壁的限制，为无限空间射流，又 称自由射流。反之，为有限空间射流，又称受限射流，

流体力学第六章 气体射流

✓出口断面上紊流强度 ✓出口断面上速度分布的均匀性 ✓喷嘴结构
射流半径沿程的线形增长性。
R = 3.4a( x0 + s)
R
as
=ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3.4( + 0.294)
r0
r0
2、运动特征
轴心速度 最大，从轴心 向边界层边缘， 速度逐渐减小 至零。
距喷嘴距 离越远边界层 厚度越大，而 轴心速度则越 小，也就是速 度分布曲线不 断地扁平化了。
在定义上根本不同，不可混淆。
矩形喷嘴运动参数
以上分析出圆断面射流主 体段内运动参数变化规律，这 些规律亦适用于矩形喷嘴。但 要将矩形换算成为流速当量直 径代人进行计算。换算公式按 第四章所述。
五、起始段核心长度 sn及核心 收缩角 θ
【例题6.3】圆射流以Q0=0.55m3/s，从d0=0.3m管嘴
BO 为圆断面射流截面的半径 R， R称为 ⑨ 射流半径。
三、紊流射流的特征
1、几何特征
射流半径和从极点起算的距离成正比， 即 BO =Kx。
扩散角α为一定值，其正切值
式中 K ― 试验系数，对圆断面射流 K = 3.4a 。
a ― 紊流系数，由实验决定，是表 示射流流动结构的特征系数。
紊流系数的影响因素
研究内容
浓度扩散与温度相似。在实 际应用中，为了简化起见，可以 认为，温度、浓度内外的边界与 速度内外的边界相同。于是参数 R 、 Q 、 vm 、 v1、 v2等可 使用前两节所述公式，仅对轴心 温差 △ Tm ，平均温差等沿射程 的变化规律进行讨论。
定义参数：以足标e表示周围气体的符号
截面上温差分布，浓差分布
第二节 圆断面射流的运动分析
一、轴心速度 vm

流体力学泵与风机-第6章-气体射流ppt课件

射流讨论的是出流后的流速场、温度场和浓度场。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
§6.1
无限空间淹没紊流射流的特征
一、过渡断面（转折断面）、起始段、主体段
射流核心：u=u0 边界层： u<u0
主体段: 轴心u<u0 ， u沿程下降 射流特征：几何？速度等？
出口截面动量流量
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
§6.2
圆断面射流的运动分析
一、主体段轴心速度vm
R
2v2ydyr02v02 0
两端同除以R2vm2 ，在一个断面上vm可视为常数进行计算
(r0)2(v 0)2 2R (v)2ydy () 21 (1 1 .5)4d 0 .09 Rv m 0 v m RR 0
r 0 3 .4 a 0 .15 3 .4 0 .08
（2）先求起始段核心长度sn
sn 0 .6r 7 a 0 1 0 .6 7 0 0 ..0 1 1 8 5 1 .2m 6 3 .8m 6所在求主断体面段内
v2 0.4545 0.4545 0.193
v0 as0.2940.0 83.860.294
三、运动特征
主 y--体-断速段面度:上分任布意: 点至vvm 轴心距[1离(R y问)1.题5]2：[1v m如1.5何]2确定？
R---该断面射流半径 v---y点的速度 vm---轴心速度
起始段:
y---断面上任意点 至核心边界的距离
R---同断面的边界层厚度 v---y点的速度 vm---核心速度v0

流体力学第六章

r0 0.15 s n = 0.672 = 0.672 × = 1.26m a 0.08
s n < s = 2.1m
所求截面在主体段内 。
⎛ as ⎞ ⎛ 0.08×2.1 ⎞ ⎟ R = 3.4⎜ +0.294r0 = 3.4×⎜ +0.294 ×0.15= 0.721 m ⎟ ⎜r ⎟ ⎝ 0.15 ⎠ ⎝0 ⎠
(三)、射流轴线的弯曲
温差射流或浓差射流的密度与周围流体介质的密度不同， 致使作用于射流质点上的重力与浮力不平衡，造成整个射流 向上或向下弯曲，如图9-6所示。但这时整个射流仍可看作是 对称于轴线的，因此，只要了解射流轴线的弯曲情况，便可知 道整个射流的弯曲情况。一般热射流和含轻密度物质的射流 向上弯曲；而冷射流和含重密度物质的射流向下弯曲。 温差射流或浓差射流的密度不仅沿程有变化，而且在同一 射流截面上的不同点也是不同的，要精确计算射流轴线的弯曲 轨迹比较复杂，我们采用近似的计算方法。
gΔT0 ⎛ a 3 2⎞ s + 0.115 ⎟ y′ = 2 ⎜ 0.51 ⎜ ⎟ υ0 Te ⎝ 2r0 ⎠
由实验修正, 将0.115改为0.355。
＝＞
gΔT0 ⎛ a 3 2⎞ y′ = 2 ⎜ 0.51 s + 0.335 ⎟ ⎟ 2r0 υ0 Te ⎜ ⎠ ⎝
习 题 解 析
例6－3 工作带质量平均流速要求为3m/s，工作面直径 为2.5m，送风温度为15℃，车间温度为30℃，要求工作带的 质量平均温度降到25℃，采用风机送风，取β0＝1， ＝3.5。 x 求：(1)风口直径和风口至工作面的距离；(2)风口的风速和风 量；(3)工作面中心点温度；(4)射流在工作带下降的距离。 已知：u ′ ＝3.0m/s，R＝1.25m，β0＝1， ＝3.5。 x T0＝288K， Ta＝303K，T′＝298K， ΔT0＝T0－Ta＝288－303＝－15K， ΔT′＝T′－Ta＝298－303＝－5K 解：(1) 由式(9－6)得

《流体力学第六章》

.
一、射流的几何特征
对于圆断面射流， tan 3.4a由几何关有 ：
R r0
3.4ar0s
0.294
或
D d0
6.8das0
0.147
上式是用数学关系表示的射流几何特征。
.
二、射流的运动特征
轴心速度最大，从轴心向边界层边缘，速度逐渐减小 至零。
距喷嘴距离越远边界层厚度越大，而轴心速度则越小， 也就是速度分布曲线不断地扁平化了。
.
三、射流的动力特征
以圆断面射流为例，它的任意断面上的动量可表示为
Q 0v 0 r 0 2v 0 20 R 2 u 2y dy
式中： —射流气体密度，kg m3
Q 0 —射流出口断面上的体积流量，m3 s 其它同前。
.
§6-3 圆断面射流的运动分析
一、轴心速度um
轴心速度沿射程的变化规律可根据射流动力特征，即各 断面动量守恒的原理导出。
.
2、射流的结构
（6）实验结果及半经验理论都得出射流外边界是一条直 线，如图上的 AB 及 DE 线。
（7）AB、DE 反向延长至喷嘴内交于 M 点，此点称为极 点，∠AMD的一半称为极角(α)，又称扩散角。
（8）BO为圆断面射流截面的半径(R)，R称为射流半径。
.
§6-2 无限空间淹没紊流射流的特征
一、射流的几何特征
射流外边界扩散的变化规律称为射流的几何特征。
射流扩散半径 R与射程 S 之间的关系:
1 AMD
2 射流扩散角 的大小与紊流强度和喷口断面的形状有关， 可按下式计算：
tana
a为紊流系数,大小取决于喷口结构形式和气流经过喷口 时受扰动的程度，a值越大表示紊流强度越大.
为射流喷口的形状系数。

流体力学课件6气体射流共30页PPT资料

以过渡断面为界，从喷口到过渡断面称为射流的起始 段。过渡断面以后的射流称为射流主体段。起始段射 流轴心的速度都为v0，而主体段轴心速度沿x方向不断 下降。
5
6.1 无限空间淹没紊流射流
6.1.1.2 射流的特征 根据实验，紊流射流的基本特征主要表现在以下三个 方面：
（1）几何特征 无限空间淹没紊流射流由于不受周围固体边壁的影响， 从图6.1可以看出，射流的外边界呈直线状扩散，两条 边界线ABC与DEF延长交于喷口内M点，该点称为射 流的极点。两边界线夹角的一半称为射流的极角或扩 散角，以符号α表示。 从喷口轴心延长的x轴方向为圆断面射流的对称轴， 射流任一断面的轴心到边界线的距离为该截面的半径 R（对平面射流称为半高度b）。射流的任一断面的半 径(或半高度)与该断面到极点的距离成正比。
6.1 无限空间淹没紊流射流
6.1无限空间淹没紊流射流 流体经孔口或管嘴流出，流入另一部分流体介质中的 流动现象，称为射流。 在供热通风与空调工程中，对所遇射流可进行如下简 单分类。 依照射流的流体种类，有气体射流和液体射流。 按射流与射流流入空间的流体是否同相，有淹没射流 和自由射流。 按照出流空间大小、对射流的流动是否有影响，有无 限空间射流和有限空间射流。当流动空间很大，射流 基本不受周围固体边壁的影响，称为无限空间射流。
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6.1 无限空间淹没紊流射流
就整个射流而言，沿射程各断面上的流速沿程不断衰 减，但卷吸进来的流体与射流气体之间的动量交换强 度是从外向内逐渐减弱，因此各断面轴心处的流速为 最大，从轴心向外，流速由最大值逐渐减小到零。因 此各断面流速分布虽然不同，但对大量实验所得数据 的无因次化整理，找出了射流主体段各断面的无因次 速度与无因次距离之间具有同一性。在这里无因次速 度，是指射流横断面上任意一点流速u与同一断面上 轴心流速um的比值，即
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6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
2.运动特征：速度分布具有相似性。 特留彼尔在轴对称射流主体段的实验结果，以及阿勃拉莫 维奇在起始段内的测定结果，见图6-2（a）及图6-3（a）。
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
3.动力特征 射流中的压强与周围流体中的压强相等。 可得各横截面上轴向动量相等——动量守恒，动量守 恒方程式为：
6.4 温差或浓度差射流
6.4 温差或浓度差射流
三.射流弯曲 温差射流或浓差射流由于密度与周围密度不同， 所受的重力与浮力不相平衡，使整个射流将发生向下或向上弯 曲。通过推导可得出无因次轨迹方程为
6.4 温差或浓度差射流
[例6-3]工作地点质量平均风速要求3m/s，工作面直径D=2.5m 送风温度为15℃，车间空气温度30 ℃，要求工作地点的质量 平均温度降到25 ℃ ，采用带导叶的轴流风机，紊流系数 = 0.12。求（1）风口的直径及速度;（2）风口到工作面的距离。 [解]温差 =15-30=-15 ℃
6 气体射流
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
一.射流结构 出流到无限大空间中，流动不受固体边壁的限制，为无限 空间射流，又称自由射流。射流的流动特性及结构图：
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
二.射流的特性 1. 几何特性： 外边界线为一直线。tan a 紊流系数 a 是表征射流流动结构的特征系数。它与出口断 面上紊流强度有关，紊流强度越大。各种不同形状喷嘴的紊 流系数和扩散角的实测值列于表6-1。
一.特点：1.温度边界层与速度边界层不重合。 2.射流发生弯曲。
6.4 温差或浓度差射流
二.特性: 1.温差特性： 试验得出，截面上温差（浓度差分布）分布具有相 似性。 与速度分布关系如下：
2.热力特性：在等压下，相对于周围气体焓不变。
QcT0 v0 r02cT cT 2 yvdy
6.3 平面射流
气体从狭长缝隙中外射运动时，射流在条缝长度方
向几乎无扩散运动，只能在垂直条缝长度的各个平面上 扩散运动。这种流动称为平面射流。从表6-3中可看出， 各无因次参数对平面射流来说，都与 无因次
距离有关。和圆断面射流相比，流量沿程的增加、流速 沿程的衰减都要慢些。
6.4 温差或浓度差射流
求出
代入下式
6.4 温差或浓度差射流
所以
工作地点质量平均风速要求3m/s 因为 所以 风口到工作面距离s可用下式求出
6.2 圆断面射流的运动分析
1.轴心速度vm
说明了无因次轴心速度与无因次距离 成反比。 2.断面流量QV
3.断面平均流速v1
6.2 圆断面射流的运动分析
4.质量平均流速v2
5.起始段核心长度sn及核心收缩角
6.起始段流量QV
6.2 圆断面射流的运动分析
7.起始段断面平均流速v1
8.起始段质量平均流速v2
0
R
6.4 温差或浓度差射流
1.轴心温差
2.质量平均温差
2 v r 定义：0 0 cT cT 2 yvdy QcT2 0 R
6.4 温差或浓度差射流
3.起始段质量平均温差
对于浓差射流其规律与温差射流相同。所以温差射流 公式完全 适用与浓差射流。见表6-4。
6.4 温差或浓度差射流