流体力学课件6气体射流PPT

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6.1 无限空间淹没紊流射流
表6.1中列出了常用喷口的紊流系数和相应的扩散角。
表6.1 常用喷口的紊流系数、扩散角
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6.1 无限空间淹没紊流射流
当扩散角确定后，射流边界相应也被确定，因此射流 只能以这样的扩散角作扩散运动。即射流各断面的半 径(对平面射流为半高度)是成比例的，这就是射流的 几何特征。
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6.1 无限空间淹没紊流射流
图6.1 射流的结构
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6.1 无限空间淹没紊流射流
射流的动量交换和卷吸作用是从外向内逐渐发展的， 在距喷口断面距离较短的范围内，射流中心的气体还 没来得及与周围气体相互作用，仍保持原喷口流速的 区域，称为射流核心，如图6.1所示的AOD部分。而 射流核心以外的区域流速小于v0，称为边界层。由于 卷吸的不断加强，参与动量交换的气体数量不断增加。 射流边界层的范围从喷口沿射流方向不断扩大，射流 核心区沿程不断减小，如图所示到达距喷口sn处，也 就是断面BOE处，边界层扩展到射流轴心，射流核心 消失，这个断面称为过渡断面或临界断面。
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。
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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。
u 任意一断面上一任点意 的流速
um
同一断面上轴心流速
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6.1 无限空间淹没紊流射流
而无因次距离，是指上述射流横断面上任意一点到轴
心的距离y与同一断面上射流半径R的比值，即
y R
横断面上流为速 u的点到轴心的距离 同一断面上的射流半径
射流主体段任一断面的无因次速度和无因次距离之间
具有这样的相似性 u ［1（y)1.5]2
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6.1 无限空间淹没紊流射流
按照喷口形状，又可分为圆射流、矩形射流和条缝射 流。圆形射流是轴对称射流。如矩形喷口的长短边之 比（a：b）不超过3：1时，矩形射流能够迅速发展为 圆形射流，只需要根据当量直径，就可采用圆形射流 公式进行计算。当矩形喷口长短边之比超过10：1时， 就属于条缝射流，条缝射流又称为平面射流。 按照射流的流态，有层流射流和紊流射流。气体淹没 射流的流态一般都是紊流，层流射流几乎是不存在的。
um
R
(式6.3)
上式表明各断面速度分布虽不相同，但各断面的无因
次速度分布规律是相同的。主体段任一断面上从轴心
到外边界各点的流速与断面轴心流速之比的变化规律
根据这一特征，就可以计算圆断面射流各断面半径沿 射程的变化规律，对照图6.1有
R x 0 s 1 s 1 3 .4 as 3 .4 (a s 0 .2)94
r 0 x 0
r 0/tan r 0
r 0
以直径表示
D6.8(as0.147) （式6.2）
d0
r0
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6.1 无限空间淹没紊流射流
（2）运动特征 由于紊流射流质点的横向脉动，使射流的质点与周围 气体发生动量交换，从而把周围气体带入射流，随同 射流一起向前运动。这种卷吸作用会造成射流各断面 的半径和流量随射程的逐渐增大而增大，而流速逐渐 减小。在射流主体段各断面流速分布也不相同，沿射 流流程，轴心流速逐渐减小，流速分布图扁平化，这 是射流和管道流动的不同之处。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6.1 无限空间淹没紊流射流
6.1.1 气体紊流射流的基本特性
本节讨论无限空间气体紊流淹没射流，简称气体紊流 射流。这里需要指出的是，射流与周围气体温度相同。 本节主要研究气体紊流射流的运动规律。 6.1.1.1 射流的形成与结构 现以无限空间中圆形断面紊流射流为例，分析射流的 运动情况。图6.1 射流的结构 当气体从孔口或管嘴以一定的流速喷出后，由于射流 为紊流流态，紊流的横向脉动造成射流与周围气体发 生动量交换，从而把相邻的静止流体卷吸到射流中来， 两者一起向前运动，于是射流的过流断面沿程不断扩 大，流量不断增加。
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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
射流极角的大小与紊流强度和喷口断面的形状有关，
可用下式t计a算nRK xK3.4a（式6.1）
式中 α――射流的x极角x； a——紊流系数，该值取决于喷口结构形式和气流
经过喷口时受扰动的程度； K——喷口形状系数，也叫试验系数，对圆形喷口
K=3.4 (对矩形喷口只要喷口长短边比不超过3：1时， 也可以按圆形喷口计算)；对条缝形喷口K=2.44。 从上式可以看出，射流极角的大小取决于紊流系数， 紊流强度越大，射流卷吸能力越强，被带入射流的周 围气体数量越多，扩散角也相应增大。
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。