第三章 射流理论
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射流jet从管口、孔口、狭缝射出,或靠机械推动,并同周围流体掺混的一股流体流动。
经常遇到的大雷诺数射流一般是无固壁约束的自由湍流。
这种湍性射流通过边界上活跃的湍流混合将周围流体卷吸进来而不断扩大,并流向下游。
射流在水泵、蒸汽泵、通风机、化工设备和喷气式飞机等许多技术领域得到广泛应用。
距射流源足够远处,湍性射流可以用边界层理论进行分析。
下面以不可压缩流体的平面湍性射流(见图)为例来说明,并设周围流体处于静止状态。
纵向平均速度ū(x,y)不等于零的射流区是以中心线为界的上下两个“边界层”的组合。
图中虚线是通常边界层理论意义下的边界。
在整个射流区内压力几乎不变。
因此,对于定常平面湍性射流,以下湍流边界层方程组(见湍流理论)近似成立:式中ū、尌为x、y方向的平均速度;ρ为流体密度;τ为湍流剪应力。
为求解以上方程组,首先必须写出湍流剪应力表达式。
根据涡粘性假设,,式中ετ为涡粘性系数,它是湍流的一个重要特征参数。
此系数可用L.普朗特提出的混合长l表示,即,并假定混合长沿射流宽度保持不变,且l(x)~b(x),这里b(x)为射流宽度的一半。
为了简化分析,进一步假定射流各横截面上的速度分布具有相似性,即。
根据以上方程和假定,H.赖夏特等对不可压缩流体的平面湍性射流进行了完整的理论分析,求得与实验相吻合的结果。
其主要结果如下:①射流宽度同到射流源的距离成正比,即平面湍性射流的边界是一条从射流源发出的直线,如果忽略雷诺数的影响,此射流大约以13°半角向后扩张;②射流速度分布为;③射流中心线上最大速度同到射流源的距离的平方根成反比,因此,随着此距离增大,射流最大速度越来越小。
轴对称湍性射流的分析方法同平面湍性射流类似。
不同的是,基本方程必须采用轴对称边界层方程,而且在结果中~x-1,即射流中心线上最大速度比平面射流衰减得更快。
上面仅讨论了不可压缩流体的常压自由射流。
各种工程技术中遇到的射流要比这种射流复杂。
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。
射流知识点总结一、射流的定义射流是指液体或气体在一定条件下经过喷嘴或管道的流动,受到一定的压力驱动,以高速喷射而成的一种流动形态。
射流是一种经常出现在我们日常生活和工程实践中的流体现象,比如水龙头中的水流、火箭推进器中的燃气流等等。
二、射流的形成在射流形成的过程中,通常需要有一定的压力差,以驱动流体通过喷嘴或管道,形成高速的射流。
射流的形成主要有以下几种方式:1. 压力射流:当容器内的流体受到一定的压力作用时,通过喷嘴或孔洞等结构,流体会形成高速的射流。
这种射流形式常见于喷气发动机、水下喷射系统等。
2. 动量射流:当一种流体在一定条件下受到一定的动量作用时,也会形成射流。
比如在水下潜水艇的尾部会有高速射流,这是因为潜水艇在水中的运动会产生一定的动量,在尾部的流体受到这种动量作用后,形成高速的射流。
3. 燃烧射流:在一些燃烧过程中,燃烧产生的高温气体也会形成射流。
比如火箭发动机中的燃气排放就是一种燃烧射流,它的形成是由于燃烧反应产生的高温气体在一定条件下通过喷嘴而形成的高速射流。
三、射流的特性射流作为一种特殊的流动形态,具有下面几个特性:1. 高速:射流通常以很高的速度流动,这是因为在形成射流的过程中,流体受到了一定的压力差或动量作用,从而形成了高速的流动状态。
2. 谐振:在一些特定的情况下,射流会产生特定的频率,这种现象被称为谐振。
比如在一些管道中,流体通过喷嘴形成的射流可能会产生一定的频率振荡,这对于一些工程和科研应用有一定的影响。
3. 稳定性:射流通常具有一定的稳定性,即使在一定的环境条件下,射流也会保持一定的形态和流动状态。
这一特性对于一些实际应用来说是非常重要的,比如火箭喷口的射流稳定性就对推力和运动轨迹有着重要影响。
4. 受力作用:在射流形成的过程中,流体会受到一定的力学作用,比如压力力、动量力等,这对射流的形态和流动状态有着重要的影响。
四、射流的应用射流作为一种重要的流体现象,在工程和科研中具有广泛的应用。
CFD射流理论和区域模型各位同学,大家好,我是七师兄,在前面的课程中,我们已经学习了CFD的基本概念、控制方程、边界条件、初始条件、计算过程和算法,那么前面这几节课主要讲的是软件这一块的理论知识。
今天,我们来学习Airpak高级班的第五节课的内容《射流理论和区域模型》,这里主要涉及到我们的研究对象,流体流动的理论知识。
5.1 这一节将主要介绍两种应用广泛、计算速度快的室内空气流动预测方法,即射流理论和区域模型,并在此基础上对二者进行比较。
那么什么是射流呢?我们来看下概念。
射流:指流体从管口、孔口、狭缝射出,或靠机械推动,并同周围流体掺混的一股流体流动。
经常遇到的大雷诺数射流一般是无固壁约束的自由湍流。
这种湍性射流通过边界上活跃的湍流混合将周围流体卷吸进来而不断扩大,并流向下游。
射流在水泵、蒸汽泵、通风机、化工设备和喷气式飞机等许多技术领域得到广泛应用。
我们来看下,这个图片,这个是一个高铁站的候车室,我们国内高铁站候车室,一般有两层,中间镂空,是一个层高很高的高大空间,在二层的侧墙,会有很多的碰口,那这种喷口就是属于射流的一种,他的风送风口出来的时候,速度很大,在射流的过程中,会不断卷吸周围的空气。
我们知道,在室内,送风口空气的射流是形成室内不同气流组织的主要因素。
由于送风末端不同、射流空气与室内空气温度不同,可形成不同类型的送风口空气射流。
一般来说当射流的雷诺数Re 大于30时,射流就成为湍流流动。
空调房间中的送风口射流的雷诺数通常都远大于30,因此均可视为湍流射流。
区域模型是在20世纪70年代由1ebrun首先提出的,主要用于描述住宅房间内的温度分层现象,预测房间温度、能源效率、热舒适以及空气质量等,后来该模型得到了广泛发展,应用领域扩展到机械通风和自然通风情况下室内环境的拟。
其研究焦点是分区方法和流量计算。
5.2 根据送风口类型以及送风条件,如初始温度、房间几何尺寸、送风角度等,可以将送风射流分为不同种类:等温射流和非等温射流;自由射流和受限射流;贴壁射流:如果贴附于墙壁或者天花板则称作贴壁射流受限射流:如果由于射流前方的墙壁阻挡使得射流受回流影响,则叫受限射流(狭义的受限射流)。