第九章射流PPT课件
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环境水力学-射流、羽流及浮射流(ppt 38页)
18
– 式中，u为射流的特征流速， L为特征长度，
ρ为射流密度, ρa为环境流体密度。
– 密度佛汝德数Fd反映了作用于射流的惯性力与 浮力之比。当Fd很大时，表明射流是由动量起 支配作用，当Fd很小时，则由浮力起支配作用。 若以当Fd0代表射流出口处密度佛汝德数，显然， 是由动量起支配作用，当Fd0 →0时，属于浮力 羽流。若Fd0 →∞，浮力作用趋于零，为纯射流。 若Fd0处于两者之间则为浮射流。
19.06.2020
4
基本概念
• 分类
– 按射流周围环境边界条件来分：
• 自由射流：射流射入无限空间时，称为自由射流。 • 有限空间射流：射流射入有限空间时，称为非自由射
流。其中：
– 若射流是沿着固壁发展的，叫做附壁射流； – 沿水体自由水表面发展的，叫做表面射流。
– 按射流进入的流体介质来分：
• 淹没射流：射流射入性质一样的同种流体中。 • 非淹没射流
C u((xx,,yy))uC00y b
式中，b’为射流核心区的半宽度；u0为射流出口流速； C0为射流物质浓度。
19.06.2020
9
2、平面淹没紊动射流
• 在核心区以外
Cu((xx,,yy))uC00eexxpp[[((yy(b2bbb))2)22]]y b
• 式中，b’为核心区的宽度； b为射流扩散宽度； u为x方向的速度分量； λ为浓度与速度宽度之比，一般为常数。
– 浮射流（Buoyancy jet）：是兼受动量和浮力两 种作用而运动的射流。
19.06.2020
3
• 从水力学的观点来看，浮射流产生的稀释扩 散与环境水流被动的紊流扩散规律有一定的 差别。
– 因为后者的流速场与浓度场无关，并且许多问 题是与固体中热传导规律相似。浮射流排放问 题，则必须把流速场和浓度场耦合起来联立求 解。
– 式中，u为射流的特征流速， L为特征长度，
ρ为射流密度, ρa为环境流体密度。
– 密度佛汝德数Fd反映了作用于射流的惯性力与 浮力之比。当Fd很大时，表明射流是由动量起 支配作用，当Fd很小时，则由浮力起支配作用。 若以当Fd0代表射流出口处密度佛汝德数，显然， 是由动量起支配作用，当Fd0 →0时，属于浮力 羽流。若Fd0 →∞，浮力作用趋于零，为纯射流。 若Fd0处于两者之间则为浮射流。
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基本概念
• 分类
– 按射流周围环境边界条件来分：
• 自由射流：射流射入无限空间时，称为自由射流。 • 有限空间射流：射流射入有限空间时，称为非自由射
流。其中：
– 若射流是沿着固壁发展的，叫做附壁射流； – 沿水体自由水表面发展的，叫做表面射流。
– 按射流进入的流体介质来分：
• 淹没射流：射流射入性质一样的同种流体中。 • 非淹没射流
C u((xx,,yy))uC00y b
式中，b’为射流核心区的半宽度；u0为射流出口流速； C0为射流物质浓度。
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2、平面淹没紊动射流
• 在核心区以外
Cu((xx,,yy))uC00eexxpp[[((yy(b2bbb))2)22]]y b
• 式中，b’为核心区的宽度； b为射流扩散宽度； u为x方向的速度分量； λ为浓度与速度宽度之比，一般为常数。
– 浮射流（Buoyancy jet）：是兼受动量和浮力两 种作用而运动的射流。
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• 从水力学的观点来看，浮射流产生的稀释扩 散与环境水流被动的紊流扩散规律有一定的 差别。
– 因为后者的流速场与浓度场无关，并且许多问 题是与固体中热传导规律相似。浮射流排放问 题，则必须把流速场和浓度场耦合起来联立求 解。
油气井流体力学教学课件井底射流
井底射流的优化设计方法
数值模拟
01
利用数值模拟方法，如CFD软件，对井底射流进行模拟分析，
优化喷嘴设计、射流参数等。
实验研究
02
通过实验手段，如风洞实验、水洞实验等，对井底射流进行实
际测量和数据采集，为优化设计提供依据。
工程经验
03
结合实际油气井的工程经验，对井底射流进行优化设计，提高
油气开采效率。
05
CHAPTER
井底射流的应用实例与效果 分析
井底射流在油气开采中的应用实例
实例1
某油田采用井底射流技术 提高采收率，通过增加产 液量，提高了单井产量。
实例2
某气田采用井底射流技术 进行压裂增产，成功提高 了天然气的采收率。
实例3
某海上油田利用井底射流 技术进行近井地带清洗， 提高了油井的产能。
02
CHAPTER
井底射流的流体力学基础
流体的性质与流动类型
流体的物理性质
包括密度、粘度、压缩性等，这 些性质对流体流动行为产生重要 影响。
流动类型
层流与湍流是两种基本的流动类 型，它们在速度、压力、时间和 空间等方面具有不同的特征。
流体静力学与动力学基础
流体静力学
研究流体在静止状态下的压力分布、重力对流体作用等规律 。
井底射流的应用效果分析
效果1
通过井底射流技术，可以有效地提高油气井的产 量和采收率。
效果2
井底射流技术能够降低生产成本，提高经济效益 。
效果3
井底射流技术可以改善油藏的流动性，提高油藏 的波及效率。
井底射流技术的前景展望
展望1
随着技术的不断进步，井底射流技术将更加高效和可靠，有望成 为油气开采的重要手段。
射流
5.2 等密度自由紊动射流
条件：射入静止、同种流体中的等密度 自由紊动平面射流。
5.2 等密度自由紊动射流 主体段：
5.2 等密度自由紊动射流
条件：射入静止、同种流体中的等密度 自由紊动圆断面射流。
例题一
例题二
例题三
射流的形成
射流的结构 .
自由淹没紊流射流的流动结构图：
紊流射流的特征
二.射流的特性 1. 几何特性： 外边界线为一直线。
2.运动特征：速度分布具有相似性。
特留彼尔在轴对称射流主体段的实验结果，以及阿勃 拉莫维奇在起始段内的测定结果，6-2（a）及图6-3（a）。
紊流射流的特征
3.动力特征 射流中的压强与周围流体中的压强相等。 可得各横截面上轴向动量相等——动量守恒。
5.射流
ห้องสมุดไป่ตู้
5.1 射流概述
定义：射流是指流体在动量作用下从排放口 喷出流入周围流体内的一种流动。 特点：大多数射流的边界是流体，射流与周 围流体发生质量、动量等交换。 分类：
5.1 射流概述
分类： 流态：层流和紊流 断面形状：平面、圆断面等 出流空间：自由和受限射流 出流环境：淹没和非淹没射流 运动动力：动量射流、浮力羽流和浮射流
第九章 射流
第九章 湍流射流
§9.1 射流的一般属性 §9.2 圆断面淹没射流 §9.3 平面淹没射流 §9.4 温差或浓差射流
§9.1 射流的一般属性
一 射流的分类
射流可以按不同的特征进行分类。 射流可以按不同的特征进行分类。 1 按流动型态，可分为层流射流和湍流射流。在实际工程中，遇到的多为 按流动型态，可分为层流射流和湍流射流。在实际工程中， 湍流射流，所以本章只介绍湍流射流。 湍流射流，所以本章只介绍湍流射流。 2 按射流周围介质（流体）的性质，可分为淹没射流和非淹没射流。 按射流周围介质（流体）的性质，可分为淹没射流和非淹没射流。 若射流与周围介质的物理性质相同，则为淹没射流；若不相同，则为非淹 若射流与周围介质的物理性质相同，则为淹没射流；若不相同， 没射流。 没射流。 3 按射流周围固体边界的情况，可分为自由射流和非自由射流。 按射流周围固体边界的情况，可分为自由射流和非自由射流。 若射流进入一个无限空间，完全不受固体边界限制，称为自由射流或无限 若射流进入一个无限空间，完全不受固体边界限制， 空间射流；若进入一个有限空间，射流多少要受固体边界限制，称为非自 空间射流；若进入一个有限空间，射流多少要受固体边界限制， 由射流或有限空间射流。 由射流或有限空间射流。
L0 = 6.2d0 + 0.6d0 = 6.8d0
(9.12)
二 流量沿程变化
射流断面上的流量Q 射流断面上的流量Q为
Q= ∫
∞
0
r2 u2πrdr = 2π∫ um exp(− 2 )rdr 0 be
∞
2 be = 2πum 2
∫
∞
0
r2 r2 2 exp( − 2 )d( 2 ) = πumbe be be
r2 u = um exp(− 2 ) be
§9.1 射流的一般属性 §9.2 圆断面淹没射流 §9.3 平面淹没射流 §9.4 温差或浓差射流
§9.1 射流的一般属性
一 射流的分类
射流可以按不同的特征进行分类。 射流可以按不同的特征进行分类。 1 按流动型态，可分为层流射流和湍流射流。在实际工程中，遇到的多为 按流动型态，可分为层流射流和湍流射流。在实际工程中， 湍流射流，所以本章只介绍湍流射流。 湍流射流，所以本章只介绍湍流射流。 2 按射流周围介质（流体）的性质，可分为淹没射流和非淹没射流。 按射流周围介质（流体）的性质，可分为淹没射流和非淹没射流。 若射流与周围介质的物理性质相同，则为淹没射流；若不相同，则为非淹 若射流与周围介质的物理性质相同，则为淹没射流；若不相同， 没射流。 没射流。 3 按射流周围固体边界的情况，可分为自由射流和非自由射流。 按射流周围固体边界的情况，可分为自由射流和非自由射流。 若射流进入一个无限空间，完全不受固体边界限制，称为自由射流或无限 若射流进入一个无限空间，完全不受固体边界限制， 空间射流；若进入一个有限空间，射流多少要受固体边界限制，称为非自 空间射流；若进入一个有限空间，射流多少要受固体边界限制， 由射流或有限空间射流。 由射流或有限空间射流。
L0 = 6.2d0 + 0.6d0 = 6.8d0
(9.12)
二 流量沿程变化
射流断面上的流量Q 射流断面上的流量Q为
Q= ∫
∞
0
r2 u2πrdr = 2π∫ um exp(− 2 )rdr 0 be
∞
2 be = 2πum 2
∫
∞
0
r2 r2 2 exp( − 2 )d( 2 ) = πumbe be be
r2 u = um exp(− 2 ) be
流体力学课件6气体射流
状态方程
总结词
描述气体在不同状态下的物理属性。
详细描述
状态方程是描述气体在不同压力、温度和密 度下的物理属性的关系式。在气体射流中， 状态方程可以用于计算气体的密度、压力和 温度等物理量，进而用于求解其他方程。
04
气体射流的数值模拟方法
有限差分法
有限差分法是一种基于离散化的数值方法，通过将连续的 物理量离散化为有限个离散点上的数值，并建立差分方程 来求解物理量的变化规律。
特性
气体射流具有方向性、扩散性和扰动 性等特性，这些特性决定了气体射流 的运动规律和作用效果。
分类与形式
分类
根据不同的分类标准，气体射流可以分为多种类型，如按流 动形态可分为自由射流、受限射流和冲击射流等；按气体性 质可分为可压缩气体射流和不可压缩气体射流等。
形式
气体射流的形式多样，常见的有喷嘴射流、燃烧室射流、透 平射流等，这些形式的应用范围和作用效果各不相同。
随着气体射流远离喷口，压力逐渐减小，这是由于气体流动过程中能量损失导致 的。
温度分布与变化
温度分布
气体射流中的温度分布与压力分布类 似，中心区域温度较高，边缘区域温 度较低。
温度变化
射流过程中，由于气体与周围介质之 间的热量交换，温度会发生变化。通 常情况下，射流会逐渐冷却。
密度分布与变化
密度分布
射流的基本方程
01
02
03
连续性方程
描述了气体射流中质量守 恒的规律，即流入和流出 射流区域的质量流量相等 。
动量方程
描述了气体射流中动量守 恒的规律，即流入和流出 射流区域的动量流量相等 。
能量方程
描述了气体射流中能量守 恒的规律，即流入和流出 射流区域的能量流量相等 。
水射流基本理论讲解课件
水射流基本理论讲解课 件
目录
• 水射流概述 • 水射流形成机制 • 水射流动力学特性 • 水射流切割性能 • 水射流清洗性能 • 水射流案例分析
01
水射流概述
水射流定义
01
02
03
高速水流
水射流是以水为工作介质 ，通过加压设备或重力作 用，形成高速水流。
连续或脉冲
水射流可以是连续的水流 ，也可以是脉冲的水流， 这取决于使用的喷嘴类型 和操作条件。
水射流切割应用
工业制造
水射流切割广泛应用于汽车、航 空航天、船舶、电子等工业制造 领域，用于切割金属、非金属、
复合材料等各类材料。
建筑行业
水射流切割可用于混凝土、岩石等 建筑材料的切割，具有切割精度高 、损伤小等优点。
医疗领域
水射流切割在医疗领域也有广泛应 用，如手术中的组织切割、牙齿治 疗中的龋齿去除等。
水射流形成原理
液体压力与流量关系
当液体受到压力时，它会形成一条直 线射流。压力越大，射流越快，流量 也越大。
射流的形成与扩散
当液体的压力足够大时，它会以极快 的速度向外扩散，形成射流。随着射 流扩散，压力逐渐降低，速度也逐渐 减慢。
水射流形成过程
喷嘴设计
喷嘴是形成水射流的关键部件。 根据不同的需要，喷嘴可以有不 同的形状和尺寸。
2. 机身表面清洗：水射 流可用于飞机和航天器 机身表面的清洗，去除 附着的尘埃和污垢，提 高飞行器的气动性能。
3. 流体动力学研究：水 射流在航空航天领域中 还被用于流体动力学研 究，以了解流体与飞行 器表面的相互作用。
水射流在环保领域中的应用案例
总结词：水射流在环 保领域中应用广泛， 能够有效地处理环境 污染问题，提高环境 质量。
目录
• 水射流概述 • 水射流形成机制 • 水射流动力学特性 • 水射流切割性能 • 水射流清洗性能 • 水射流案例分析
01
水射流概述
水射流定义
01
02
03
高速水流
水射流是以水为工作介质 ，通过加压设备或重力作 用，形成高速水流。
连续或脉冲
水射流可以是连续的水流 ，也可以是脉冲的水流， 这取决于使用的喷嘴类型 和操作条件。
水射流切割应用
工业制造
水射流切割广泛应用于汽车、航 空航天、船舶、电子等工业制造 领域，用于切割金属、非金属、
复合材料等各类材料。
建筑行业
水射流切割可用于混凝土、岩石等 建筑材料的切割，具有切割精度高 、损伤小等优点。
医疗领域
水射流切割在医疗领域也有广泛应 用，如手术中的组织切割、牙齿治 疗中的龋齿去除等。
水射流形成原理
液体压力与流量关系
当液体受到压力时，它会形成一条直 线射流。压力越大，射流越快，流量 也越大。
射流的形成与扩散
当液体的压力足够大时，它会以极快 的速度向外扩散，形成射流。随着射 流扩散，压力逐渐降低，速度也逐渐 减慢。
水射流形成过程
喷嘴设计
喷嘴是形成水射流的关键部件。 根据不同的需要，喷嘴可以有不 同的形状和尺寸。
2. 机身表面清洗：水射 流可用于飞机和航天器 机身表面的清洗，去除 附着的尘埃和污垢，提 高飞行器的气动性能。
3. 流体动力学研究：水 射流在航空航天领域中 还被用于流体动力学研 究，以了解流体与飞行 器表面的相互作用。
水射流在环保领域中的应用案例
总结词：水射流在环 保领域中应用广泛， 能够有效地处理环境 污染问题，提高环境 质量。
高等燃烧学讲义第9章(郑洪涛2学时)
第九章 层流扩散火焰—— 9.1 无反应的恒定密度层流射流——物理描述
• 式中，ρe和ve分别是燃料在源自嘴出口处的密度和速度。 • 图9.1的中间一幅图描述了气流核心区外中线上速度随着距 离的衰减趋势，右边的一幅图则描述了速度沿径向从中心 线处的最大值到射流边界处为零时的衰减趋势。 • 影响速度场的动量和影响燃料浓度场的组分的对流和扩散 具有相似性。质量分数YF(r, x)和速度vx(r, x)/ve也具有相似 的分布规律。 • 燃料在射流中心的浓度比较高，燃料分子会沿径向向外扩 散。而沿轴向的流动增加了扩散发生所需要的时间。 • 因此随着轴向距离x的增大，含有燃料的宽度渐增，中心线 的燃料浓度渐减。从喷嘴流入的燃料质量守恒，即
第九章 层流扩散火焰—— 9.2 射流火焰的物理描述
• 图9.6 是乙烯火焰的照片，在图中可以看到焰舌的右边出现 了碳烟翼。 • 层流射流扩散火焰的另一个突出的特点是火焰长度和初始 条件之间的关系。 • 对于圆口火焰来说，火焰长度和初始速度以及管径都无关， 而是和初始体积流量QF有关。 • 由于QF=veπR2，则不同ve和R的组合可以得到相同的火焰长 度，这一点的合理性可以从前面无反应层流射流的分析结 果(见例9.2) 中得到验证。 • 如果忽略反应放热，并将式(9. 16) 中的YF改为YF, stoic，则式 (9.16) 就可以作为火焰边界的粗略描述方程。 • 如果令r =0，则可以得到火焰长度为
• 其中，QF是燃料在喷口处的体积流量(QF=veπR2)。 • 上式由Sc=1(ν =Ɗ)可得到以射流雷诺数为参数的表达式为：
• 中心线的质量分数为 • 同前面的速度解一样，这个解只在距离喷嘴一定距离以外 才适用，这个范围的无量纲轴向距离和雷诺数的关系为
• 由于表达式是一样的，因此图9.2 也表示了中心线质量分数 的衰减曲线。
流体力学气体射流PPT课件
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。
• 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。
• 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
• 以直径表示
R x0 s 1 s 1 3.4a s 3.4( as 0.294 )
9
第9页/共29页
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
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。
• 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。
• 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。
• 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
• 以直径表示
R x0 s 1 s 1 3.4a s 3.4( as 0.294 )
9
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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
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。
• 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。
流体力学气体射流解析PPT课件
符号 圆断面射流 平面射流
vm
vm v0
as
0.48 0.147
d0
vm v0
1.2 as 0.41 b0
Q
Q Q0
4.4
as d0
0.147
Q Q0
1.2
as 0.41 b0
v1
v1 v0
0.095 as 0.147
v1 0.492 v0 as 0.41
d0
b0
v2
v2 0.23
sn
sn
0.672
r0 a
平面射流
sn
1.03 b0 a
始 喷嘴至 极点距离
x0
x0
0.294
r0 a
x0
0.41b0 a
段 收缩角 tg 1.49a tg 0.97a
第20页/共40页
例6-1：用轴流风机水平送风，风机直 径为d0=600mm，出口风速10m/s， 求距出口10米处的轴心速度和风量。
y'
dt ( e
m
1) gdt
由气体状态方程式，在等压状态下，有：
as r0
2
1
6.8
as r0
11.56
as r0
1 0.43 as
v1 v0
1
2.44
b0 as
b0
段
质量平均 流速
v2
v2 v0
1 0.76 as r0
1
2
1.32
as r0
v2
1
v0 1 0.43 as
b0
第19页/共40页
段名 参数名称 符号 圆断面射流
起
核心长度
第23页/共40页
环境水力学-射流、羽流及浮射流PPT(共38页)
23.03.2022
10
– x>5.2B的范围内是流动主体段。该段的紊动已完 全透入射流核心区，流速和浓度分布都是自相似
的，可表示为
C u((xx,,yy))uCmm((xx))eexxpp[([(by)yb2])2],x5.2B
• 式中，um,Cm分别表示射流带轴线的流速和浓度值。 2b为射流带宽度；
23.03.2022
静水中平面射流紊动扩散
7
2、平面淹没紊动射流
初始段
主体段
B C0 u0
b u y
um
23.03.2022
8
2、平面淹没紊动射流
– 通过试验观测可得平面淹没紊动射流的一般特性：
• 射流断面上的静止压力近似为常数且可假设等于外部 压力。
• 靠近排出口，x<5.2B的范围内是初始段。该段的紊动 扩散还未完全透入射流中心部分，形成中间的主流核 心区。在流动形成段内，射流带流速和浓度分布可表 示为
λ为浓度与速度宽度之比，一般为常数。
射流的横向尺度与纵向尺度相比是较小的，
b(x)<<x，并且，射流在横向上的扩展是线性的，
即射流边界扩展角度为常数。
23.03.2022
11
断面流速分布
• 射流轴线流速um沿程变化可据动量守恒得到，
将上式代入下式
M ud mu2dy
m
• 可得半经验公式：
um 2.28
C u((xx,,yy))uC00 y b
式中，b’为射流核心区的半宽度；u0为射流出口流速； C0为射流物质浓度。
23.03.2022
9
2、平面淹没紊动射流
• 在核心区以外
Cu((xx,,yy))uC00eexxpp[[((yy(b2bbb))2)22]]y b
第九章 射流
2
u y 1.5 2 [1 ( ) ] um R
特留彼尔在轴对称射流主体段的实验结果
阿勃拉莫维奇在起始段内的测定结果
（3）动力性质：等密度射流的动量守恒性质。
u dA Const.
2 A
以圆断面射流为例应用动量守恒原理
r 2 2 ydy
2 2 0 0 0
0.056
L0 6.2 D, 6.8D 距离源点 距离喷口
起始段长度
L0 5.2(2b0 )
平面射流 主 体 段 轴线浓度 断面浓度分布 （高斯分布） 浓度分布与速度 分布的宽度比
c y2 exp( 2 2 ) cm be
圆断面射流
c r2 exp( 2 2 ) cm be
第九章
射 流
9.1 概述
1 射流及其分类 射流是指从各种形式的孔口或喷嘴射入另一流体域内的一股 流体的流动。（流动的周界是另一种或同一种流体，不受固 体边界的制约。附壁射流除外。） 射流的形式多种多样，既受射流本身性质制约，又受周围环 境流体性质和射流空间几何条件等多方面因素的影响。
流态 层流射流 紊动射流 射流空间 有限空间射流：非自由射流，受限射流。（如附壁射流） 无限空间射流：自由射流
be x 0.154 x
（边界线性扩展）
um 2b0 12 2.28( ) u0 x
Q x 12 0.62 ( ) Q0 2b0
扩展系数
0.114
um
um D 6.2 , D 2r0 u0 x
Q x 0.32 Q0 D
含有物浓度的断面平均稀释度
ve 0.069 um
9.2 常见射流问题的动量积分解
前提：等密度自由紊动射流，环境为静止的同种流体。
u y 1.5 2 [1 ( ) ] um R
特留彼尔在轴对称射流主体段的实验结果
阿勃拉莫维奇在起始段内的测定结果
（3）动力性质：等密度射流的动量守恒性质。
u dA Const.
2 A
以圆断面射流为例应用动量守恒原理
r 2 2 ydy
2 2 0 0 0
0.056
L0 6.2 D, 6.8D 距离源点 距离喷口
起始段长度
L0 5.2(2b0 )
平面射流 主 体 段 轴线浓度 断面浓度分布 （高斯分布） 浓度分布与速度 分布的宽度比
c y2 exp( 2 2 ) cm be
圆断面射流
c r2 exp( 2 2 ) cm be
第九章
射 流
9.1 概述
1 射流及其分类 射流是指从各种形式的孔口或喷嘴射入另一流体域内的一股 流体的流动。（流动的周界是另一种或同一种流体，不受固 体边界的制约。附壁射流除外。） 射流的形式多种多样，既受射流本身性质制约，又受周围环 境流体性质和射流空间几何条件等多方面因素的影响。
流态 层流射流 紊动射流 射流空间 有限空间射流：非自由射流，受限射流。（如附壁射流） 无限空间射流：自由射流
be x 0.154 x
（边界线性扩展）
um 2b0 12 2.28( ) u0 x
Q x 12 0.62 ( ) Q0 2b0
扩展系数
0.114
um
um D 6.2 , D 2r0 u0 x
Q x 0.32 Q0 D
含有物浓度的断面平均稀释度
ve 0.069 um
9.2 常见射流问题的动量积分解
前提：等密度自由紊动射流，环境为静止的同种流体。
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5.整个射流区内的压强分布是一样的。
6.射流各断面上动量守恒。在射流主体段内，取两断面间的一段射 流作为控制体，对于水平射流来讲， p/，x射0流与周围环境流体 的摩擦阻力和射流脉动产生的应力略去不计，质量力垂直于x轴， 这样，作用在控制体内流体上的沿x轴方向的外力合力等于零。 所以，由动量方程可得射流各断面上的动量相等，即动量守恒， 也就是单位时间通过射流各断面的流体总动量是常数，即
射流。 3 按射流周围固体边界的情况，可分为自由射流和非自由射流。 若射流进入一个无限空间，完全不受固体边界限制，称为自由射流或无限空
间射流；若进入一个有限空间，射流多少要受固体边界限制，称为非自由 射流或有限空间射流。
4 按射流出流后继续运动的动力，可分为动量射流（简称射流）、 浮力羽流（简称羽流）和浮力射流（简称浮射流）。 若射流出口流速、动量较大，出流后继续运动的动力来自动量， 称为动量射流。 若射流出口流速、动量较小，出流后继续运动的动力主要来自浮 力，称为浮力羽流。 若射流出流后继续运动的动力，兼受动量和浮力的作用，称为浮 力射流。 5 按射流出口的断面形状，可分为圆形（轴对称）射流、平面（二 维）射流、矩形（三维）射流等。
um
6.2u0
d0 x
(x>L0)
(9.9)
上式表明，轴线处流速um与离极点距离x成反比。
将(12.9)式代入(12.3)式得到射流断面上流速分布为
u6.2u0
d0 x
r2 exp( )
be2
(9.10)
将ε=0.114代入(12.7)式，得射流断面特征半厚度为
be 0.114x
令um=u0，由(12.9)式得到x=6.2d0。
三 射流的特性
湍流淹没射流具有以下一些特性： 1. 射流边界层的宽度小于射流的长度。 2. 在射流边界层的任何断面上，横向分速远比纵向（轴向）分速 小得多，可以认为射流速度就等于它的纵向分速。 3．射流边界层的内外边界都是直线扩展的（严格讲，是统计平均 的意义）。当主体段的外边界线延长交于轴线上O点，称为射流 源或极点。外边界线与轴线的夹角称为扩展角或极角，用α表示， 则有b/x=tanα=常数。式中，b为射流主体段距坐标原点距离x处 断面的半径（断面半厚度或射流边界层厚度）。
ud mu2dA常数
m
A
§9.2 圆断面淹没射流
圆断面射流是比较常见的一种射流，设射流出口断面上的流速均为u0， 出口断面半径为r0。实验表明，射流雷诺数Re>2000时，可认为是湍流射流。 根据各断面流速分布的相似性，则
根据阿尔伯逊（Albertson）等实u验um 观 测f ( 资br )料，认为射流主体段各(断9.1面) 上的 流速分布为高斯正态分布形式，即
4．射流各断面上纵向流速分布具有相似
性，也称为自保性。在射流的主体段中， 随着距离x的增加，轴线流速um逐渐减小， 流速分布曲线趋于平坦, 如图(a)。若改用 无因次（量纲为一）的值表示，以u/um为 纵坐标，u是径向坐标为r处的流速；以 r/b0.5为横坐标，b0.5是流速等于um/2处的 径向坐标。图(b)表示所有断面上的无因 次的流速分布曲线基本上是相同的。实验 表明，在射流起始段的边界层内，断面上 的流速分布也具有这种相似性。
主体段的流速分布包括轴线流速um的沿程变化和断面上的流速分 布。
由于射流各断面上动量守恒，可得
u02
d02 4
u22rdr
0
(9.4)
将(12.3)式代入主体段断面动量表达式，得
0u22rdr0u2 mex2(p b r2 e 2)2rdr上式代入(12.4)来自，得2u 2 mb4e 2
e
0
xp2bre 2(2)d(2bre 22)
2
u
b 2 2
me
(9.5)
u02
d02 4
2u2mbe2
(9.6)
由于射流厚度按直线规律扩展，设
be x
(9.7)
(12.6)式可写为
um 1 (d0 )
u0 2 x
(9.8)
根据实验资料，ε=0.114，得到圆断面淹没射流主体段轴线流速um沿
程变化关系式为
第九章 湍流射流
§9.1 射流的一般属性 §9.2 圆断面淹没射流 §9.3 平面淹没射流 §9.4 温差或浓差射流
§9.1 射流的一般属性
一 射流的分类
射流可以按不同的特征进行分类。 1 按流动型态，可分为层流射流和湍流射流。在实际工程中，遇到的多为湍
流射流，所以本章只介绍湍流射流。 2 按射流周围介质（流体）的性质，可分为淹没射流和非淹没射流。 若射流与周围介质的物理性质相同，则为淹没射流；若不相同，则为非淹没
u
um
exp( r2 b2
)
(9.2)
由于射流外边界的不规则，取b为射流断面特征半厚度be，其值 为流速u=um/e处到x轴的距离。上式可改写为
r2 u um exp(be2 )
(9.3)
在实际工程中，主要研究和解决主体段中的流速分布、流量沿程
变化和示踪物质（污染物质）的浓度分布问题。
一 流速分布
射流在形成稳定的流动形态后，整个射流可分为以下几个区域：
由管嘴出口开始，向内、外扩展的掺混区域，称为射流边界层； 它的外边界与静止流体相接触，内边界与射流的核心区相接触。 射流的中心部分，未受掺混的影响，仍保持为原出口速度的区域， 称为射流核心区。从管嘴出口到核心区末端断面（称为过渡断面） 之间的射流段，称为射流的起始段L0。起始段后的射流段，称为 主体段。在主体段中，轴向流速沿流向逐渐减小，直至为零。
研究射流所要解决的主要问题有：确定射流扩展的范围，射流中 流速分布及流量沿程变化；对于变密度、非等温和含有污染物质 的射流，还要确定射流的密度分布、温度分布和污染物质的浓度 分布。 在分析讨论射流的有关计算之前，先介绍射流的形成及其属性。
二 射流的形成
以自由淹没湍流圆射流为例，如图。射流进入无限大空间的静止 流体中，由于湍流的脉动，卷吸周围静止流体进入射流，两者掺 混向前运动。卷吸和掺混的结果，使射流的断面不断扩大，流速 不断降低，流量则沿程增加。由于射流边界处的流动是一种间隙 性的复杂运动，所以射流边界实际上是交错组成的不规则面。实 际分析时，可按照统计平均意义将其视为直线。
(9.11)