流体力学06气体射流

由于射流为紊流型，紊流的横向脉动造成射流与周围介 质之间不断发生质量、动量交换，带动周围介质流动，使射 流的质量流量、射流的横断面积沿 x 方向不断增加，形成了 向周围扩散的锥体状流动场，如图6—1所示的锥体CAMDF。
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紊流射流的结构及特性。
C
起始段
B
A
主体段
M

D
核心
边
o
E
界
层
R x0 s s s as 1 1 3.4 3.4( 0.294) r0 x0. r0 / tan r0 r0
R r0 3.4as
(6—2)
x0 s R x0 / r0 s / r0 3.4 ( x0 s) 3.4ax r0 x0. / r0 1/ tan
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二、紊流系数 a 及几何特征 射流外边界层是一条直线，如图6—1上的 AB及 DE 线。 AB 、 DE 延至喷嘴内交于 M 点，此点称为极点， AMD 的 一半称为极角 ,又称扩散角 。 Bo为圆断面射流截面的半径 R（或平面射流边界层的 半宽度 yb ）。它和从极点起点算的距离成正比，即 Bo ＝ Kx 。 oM 是从极点起算的 x 距离。由图看出，Bo/oM =tan a , 故 Kx tan K a =3.4a (6-1) x 式中 K—试验常数；
阿勃拉莫维奇整理起始段时，所用无因次量为
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经过这样整理使得出书中图6—3b。可以看到原来各截面不 同的速度分布曲线，经过这样变换均成为同一条无因次分布线。 这种同一性说明．射流各截面上速度分布的相似性。这就是射 流的运动特征。
用半经验公式表示射流各横截面上的无因次速度分布如下：
令
y 1.5 2 [1 ( ) ] m R y R [1 1.5 ]2 m
（6 — 3）
(6 — 3a)
由此得出 y/R 从轴心或核心边界到射流外边界的变化范围为 / m 从轴心或核心边界到射流边界的变化范围为1 0。 0 1。
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四、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6-5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 x 轴外力之和为 零。据动量方程可知，各横截面上动量相等—动量守恒，这 就是射流的动力学特征。 以圆断面射流为例应用动量守恒原理
0.0 6 6 0.0 7 1
喷 嘴 种 类 带有收缩口的喷嘴 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
喷 嘴 种 类
表6—1 2
780 40 290 30 32010 410 20
250 20 27 10
0
带金属网格的轴流风机
0.0 7 6 0.0 8 0 .1 2 0 .2 0
F
x0
s0
s
x
图 6—1
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射流结构
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一、过流断面（又称转折断面）起始段及主体段 刚喷出的射流速度仍然是均匀的。沿 x 方向流动，射流 不断代入周围介质，不仅使边界扩张，而且使射流主体的速 度逐渐降低，速度为 u0 的部分（如图其6—1 AoD 锥体）称为 射流核心，其余部分速度小于 u0 称为边界层。射流边界层从 出口开始沿射程不断地向外扩散，带动周围介质进入边界层， 同时向射流中心扩展，至某一距离处，边界层扩展到射流轴 心线，核心区域消失，只有轴心上速度为 u0 。射流这一断面 为图6—1上的 BoE ,称为过渡断面或转折断面。以过渡断面分 界，出口断面至过渡断面称为射流起始段。过渡断面以后称 为射流主体段。
290 00
44030 68030
0.24 收缩极好的平面喷口 0.108 平面壁上锐缘狭缝 0.118 具有导叶且加工磨圆边口 0.155 的风道上纵向缝
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由（6—1）式可知， a 值确定，射流边界层的外边界线 也就被确定，射流即按一定的扩散角 a 向前作扩散运动，这 就是它的几何特征。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。
—喷口形状系数，圆形喷嘴， ＝3.4；
a—紊流系数，由实验决定，是表示射流流动结构的 特征系数。 2018/8/8
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紊流系数 a 与出口断面上紊流强度有关，紊流强度越大， a 值也大，使射流扩散角 a 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。各种不同形状喷嘴的紊流系数和扩散角的实测值列表 6—1。 紊流系数 2
2 Q r 0 0 ，任意横截面上的 出口截面上动量流量为 0 0
动量流量则需积分。

R
0
2 ydy 2 2 ydy
0
R
列动量守恒式
r 2 2 ydy
第六章
气体射流
§6–1 无限空间淹没紊流射流的特征
§6–2 圆断面射流的运动分析
§6–3 平面射流
§6–4 温差或浓差射流
§6–6 有限空间射流
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第六章
气体射流
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。当出口速度较大，流动呈紊流状态，叫做紊流射 流。工程上所应用的射流，多为气体紊流射流。
D as 6.8( 0.147) d0 d0
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三、运动特征 大量实验研究表明，射流各截面上速度分布具有பைடு நூலகம்似性。
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特留彼尔主体段内无因次距离与无因次速度的取法规定：
在上式中，0.5vm点表示速度为轴心速度的一半之处的点。
射流讨论的是出流后的流速场、温度场和浓度场。
射流到无限大空间中，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。
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§6-1 无限空间淹没紊流射流的特征
现以无限空间中圆断面紊流射流为例，讨论射流运动。
气流自半径为 R 的圆断面喷嘴喷出。出口断面上的速度 认为均匀分布，皆为 u0 值，且流动为紊流。取射流轴线Mx 为x 轴。