流体力学课件6气体射流

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6.1 无限空间淹没紊流射 流
6.1.2 射流主体段运动参数的计算 表6.2 射流主体段参数计算公式
根据射流的结构，射流沿射程可以分为 起始段和主体段两部分。
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6.1 无限空间淹没紊流射 流
圆截面射流中的运动参数有如下几个：
um——射流主体段任意一断面轴心流速，m/s ；
v0——射流喷口气流流速，m/s； a——紊流系数； s——所求断面到喷口的距离，m； d0——喷口的直径，m； Q——射流主体段任一断面的流量，m3/s； 1Q5 0——射流喷口的出流量，m3/s；
7 口长短边比不超过3：1时，也可以按圆
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表6.1表中6列.1 出常用了喷常口用的紊喷流口系的数、紊扩流散系角数和相 应的扩散角。
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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
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（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
11 。在这里无因次速度，是指射流横断面
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而无因次距离，是指上述射流横断面上任意 一 的点比到值轴，心即Ry的 横距断面离同上一流y断速与面为上同u的的射点一流到半轴断径心的面距离上射流半径R
射 距流离主之体间段具任 有一 这uu断 样m 面 的［1的 相（无 似Ry )1因性.5 ]2次速(式度6.3和) 无因次
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射流极ta角n的 大R 小Kx与紊K 流 3强.4a度和喷口断面 的形状有关，x 可x用下式计算

（式6.1）
式中 α――射流的极角；
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
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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u 对任大意量一断实面验上任所意得一点数的据流速的无因次 化整理，um找 出了同一射断流面上主轴体心流段速各断面的无 因次速度与无因次距离之间具有同一性
流为半高度)是成比例的，这就是射流的
几R何 x特0 征s 。1 s 1 3.4a s 3.4( as 0.294 )
r0
x0
r0 / tan
r0
r0
根据这一特征，就可以计算圆断面射流
各 6.1断有面半径沿dD0射 6程.8(的ar0s变 0化.14规7 ) 律（，式6对.2）照图
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 1断2 面轴心流速之比的变化规律是从1→0，而
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（3）动力特征 实验表明，在整个射流范围内，任意一
点的压强等于周围静止气体的压强。如 果任取两横断面间的射流为控制体，分 析作用在其上的所有外力，因各断面上 所受静压强均相等，则控制体上所有的 外力之和等于零。因此，根据动量方程 式可以导出，单位时间内射流各横断面 上的动量相等。这就是气体紊流射流的
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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
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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
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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 6 为射流的极角或扩散角，以符号α表示。
，分析射流的运动情况。图6.1 射流的结 构 3 当气体从孔口或管嘴以一定的流速喷出
6.1 无限空间淹没紊流射 流
图6.1 射流的结构
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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 5消失，这个断面称为过渡断面或临界断面。
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 1 ，有淹没射流和自由射流。