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 。
因为
ds vm dt
vm T0 y ' dt 0.73 v0 Te 0.73g T0 dt vm dt v0 Te
gdt
故
v0 1 dt vm dt sdt v0 vm vm sdt 1 v0 v0 ds 1 vm dt sdt v0 v0 vm sds
as 0.08 2.1 R 3.4 0 . 294 r 3 . 4 0 . 294 0.15 0.721m r 0 0.15 0
Q0 0.55 4 0 2 7.785m / s 2 d 0 3.14 0.3 4
v1 0.095 = v0 as +0. 147 d0 v2 0.23 = v0 as +0. 147 d0
质量平均流速 v 2 :
§6.2 圆断面射流的运动分析
二、 起始段
1. 核心区长度
1
sn
的计算
m 0.48 0 as 0.147
d0
r0 sn 0.671 a
2. 核心收缩角
§6.5 旋转射流
三、旋转射流压强分布 旋流器出口的旋转射 流中心压力低于大气压强 的，随着旋转射流沿轴向 前进，静压强p越来越接近 pa.旋转射流中心由于低于 大气压强，具有强烈的卷 吸能力。 四、旋转强度
§6.4 温差射流与浓差射流
m 0.965 利用 as ，可得 0 0.294
r0
gT0 a 3 2 y 2 0.51 s 0.115 0 Te 2r0
由实验修正, 将0.115改为0.355。
＝＞
gT0 a 3 2 y 2 0 . 51 s 0 . 335 0 Te 2 r 0
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
气体自孔口、管嘴或条缝向外喷射所形成的流动称为 气体淹没射流，简称为气体射流。 射流与孔口管嘴出流的研究对象不同。前者讨论的是 出流后的流速场、温度场和浓度场。后者仅讨论出口断面 的流速和流量。 与管道流动一样，气体射流也有层流射流与紊流射流 之分。工程上的流动，多为紊流射流。 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。反之，为有限空间射流， 又称受限射流。
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
二、射流场的特征 1.几何特征 射流外边界呈直线扩散，两条直 线的交点M为极点，两条直线夹角 的一半 称为极角或扩散角。 极角与紊流强度和喷口断面形状 有关。 3.4a圆形喷口 tg a 2.44a条形喷口

—形状系数；
a —紊流系数。
【例题】高出地面5m处设一孔口d0为0.1m，以2m/s速度向房 0 t 10 C ，室内温度 te 270 C 。 间水平送风。送风温度 0 试求距出口3m处的t2、v2 及弯曲轴心坐标。
【解】查表得紊流系数a=0.08。
v2 0.23 as 0.147 d0 v0 0.23 2 0.09 2 0.18m / s 0.08 3 0.147 0.1
§6.4 温差射流与浓差射流
一、 温差与浓差射流的特征 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。
§6.4 温差射流与浓差射流
一、 温差与浓差射流的特征 2. 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
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
二、射流场的特征 2.运动特征 射流各断面的半径和流量随射程 增大而增大，而流速逐渐减小；主 体段内，轴心速度逐渐减小，流速 分布图逐渐扁平化，大量实验证明， 各射流断面的无因次速度与无因次 距离具有相似性，即：
v y 1 vm R
三、 射流弯曲 取轴心线上的单位体积气 体为研究对象, 只考虑重力 与浮力作用。由牛二定律：
( e m ) g m j
d 2 y j dt dt 2 dv y
由等压过程的气体状态方程可得
e e m j g 1 g m m 0.73
§6.3 平面射流
射流参数计算：
§6.4 温差射流与浓差射流
前面研究的射流与周围气体温度和密度相同，因而 射流轴线与喷口流速的方向相同，为一直线，称为等温 射流。 在采暖通风空调工程中，常采用冷风降温，热风采 暖，此时为温差射流，而将有害气体或灰尘浓度降低的 射流为浓差射流。 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。
1.5
1.5 2 1
2
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
二、射流场的特征 3.动力特征 实验证明，整个射 流范围内，任意一点 的压强等于周围静止 气体的压强，则易知 沿轴向任意断面间的 动量守恒，即：

R
0
2 22 ydy Q00 r020
从而由主体段计算公式得
m
0.48 as 0.147 d0 0 0.48 7.785 5.285m / s 0.08 2.1 0.147 0.3
1
0.095 0.095 0 7.785 1.046m / s as 0.08 2.1 0.147 0.147 d0 0.3
§6.3 平面射流
气体从狭长隙缝中外射运动时，射流在条缝长度方向 几乎无扩散运动，只能在垂直于条缝长度的各个平面上扩 散运动，这种流动可视为平面运动，故称平面射流。 平面射流特征： 喷口高度以 2b0（ b0半高度）表示。 而几何、运动、动力特征则完全与圆断面射流相似。 结论： 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。
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
二、射流场的特征 1.几何特征 R x x0 s = = =1+ s x0 r0 x0 x0
1+ s r0 tan s 1+3.4a r0
as 3.4 0.294 r0
或
as D 6.8 0.147 d0 d 0
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。 但整个射流仍可看作是对称于 轴心线。 我们采用近似的处理方法：取 轴心线上的单位体积流体作为 研究对象，只考虑受重力与浮 力作用，应用牛顿定律导出公 式。
§6.4 温差射流与浓差射流
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
一、射流场的形成与结构 1、射流场的形成 由于射流为紊流，横 向脉动导致与周围气体 发生动量交换，从而把 相邻的静止液体卷吸进 来，随着流程的增加， 射流过流断面不断加大， 流量不断增加。
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
一、射流场的形成与结构 2、射流场的结构 射流核心：图所示AOD部分， 该部分气体还未与外界发生交换。 边界层：AOD以外的部分，速 度小于核心区，又分为内边界层 和外边界层。 过渡断面：即BOE断面，该断 面以外核心区消失。 起始段：过渡断面以内，轴心 速度均为u0。 主体段：过渡断面以外。 射流半径R：任意断面轴线到外 边界的距离。
2
0.23 as 0.147 d0
0
0.23 7.785 2.533m / s 0.08 2.1 0.147 0.3
分析：由计算可知主体段内的轴心速度vm小于核心速度v0； 比较 v1 、 v2 可以看出 , 用质量平均速度代表使用区的流速要 比断面平均流速更适合。