射流[1]
流体力学第6章讲解
2、射孔的形状，圆孔口和方孔显然其扩张的情况不会相同。不同的射口形状有 不
同的实验值。用φ表示这个影响因素， 对圆断面射流 φ＝3.4，长条缝射孔 φ＝2.44。
圆孔综口合射这流两：个t影g响因素K：x k＝Kφα 3.4a
x
R 1 3.4 as 3.4( as 0.294)
r0
vm
vm r0 1
1
v0 R
2
1
[(11.5 )2 ]2d
0
9
第二节圆断面射流的运动分析
1
n
1
n
[(1 1.5 )2 ] d Bn; [(1 1.5 )2 ] d Cn
0
0
n
1
1.5
2
2.5
3
Bn
0.0985
0.064
0.0464
0.0359
0.0286
第一节无限空间淹没紊流射流特性
二、紊流系数a及几何特征
其斜率即：tga＝常数＝k。 对于不同的条件，k值是不同的常数，也叫实验常数。 通过实验发现，k值的影响因素有两个主要的因素：
1、射孔出口截面上气流的紊流强度。 紊流强度的大小用紊流系数a（A）来表示：a大紊流的强度就大，因此，紊
流 系数的大小可以反映出射流的扩张能力，所以，a也叫表征射流流动结构的 特征系数。另一方面，由于a反映的是射流混合能力的大小，因此，a还可以反 映孔口出口截面上的速度均匀程度。a越小，则混合能力越差，说明流速越均匀 。
二、断面流量Q
R
微环面的流量表达式 Q 2vydy Q0 r02v0
0
主体段：
R
Q
v r 0
y
y
2 ( )( )d( )
流体流动中的射流效应
流体流动中的射流效应引言流体力学是研究流体在不同条件下流动及其性质的科学和工程学科。
在流体流动中，射流效应是一种重要的现象，它涉及到流体流动的速度、方向以及流体动力学的各种特性。
本文将介绍流体流动中的射流效应，包括射流的定义、分类、数学模型以及应用领域等。
射流的定义射流是指流体以一定速度通过一个或多个小孔、缺口或开口处进行喷射或喷出的现象。
射流的速度和方向取决于射出口的形状、尺寸和流体的性质等因素。
射流现象在自然界和工程领域中广泛存在，例如火箭喷射、喷泉喷射以及水枪喷射等。
射流的分类根据射流的速度和方向，射流可以分为以下几类：1.射流速度与周围介质速度相比较小的慢射流：在慢射流中，流体的运动呈现出层流的特征，流线清晰而有序；流体分子之间的弥散作用相对较强，流体粘性的影响较为显著。
2.射流速度与周围介质速度相比较大的快射流：在快射流中，流体的运动呈现出湍流的特征，流线错综复杂；流体分子之间的扩散作用相对较强，流体粘性的影响较小。
3.射流速度与声速相当的超音速射流：在超音速射流中，流体的运动速度大于声速；射流产生激波，形成激波射流。
射流的数学模型射流可以通过一些数学模型进行描述和分析，以下是常用的射流模型：1.静态模型：静态模型是将射流视为一维流动，忽略流体的粘性和湍流特性。
这种模型适用于低速射流和具有较小影响范围的流体。
2.分层模型：分层模型是将射流视为多层流体的堆积，每一层都有自己的速度和流动特性。
这种模型适用于介质密度不连续的射流。
3.Navier-Stokes方程模型：Navier-Stokes方程是描述流体流动的基本方程，可以通过求解这些方程得到射流的速度和压力分布等信息。
这种模型适用于包括粘性和湍流特性在内的各种流动情况。
射流的应用领域射流效应在很多领域都有重要的应用价值，以下是一些常见的应用领域：1.工业喷雾技术：射流效应可以用于工业喷雾技术中，例如在燃烧过程中将燃料喷射到燃烧室中，以获得更高的燃烧效率。
射流器工作原理
射流器工作原理射流器是一种利用射流原理来实现特定功能的设备。
它通过将高速流体射出，产生高速气流或者液流，从而实现各种应用。
射流器广泛应用于空气动力学、流体力学、能源转换、喷雾技术等领域。
射流器的工作原理可以分为两个方面：质量守恒和动量守恒。
首先，根据质量守恒原理，射流器内部的质量流量应保持不变。
质量流量是指单位时间内通过射流器某一截面的质量。
在射流器中，流体经过收缩喷管，速度增加，截面积减小，从而使质量流量保持不变。
这是因为流体在射流器中的流动是连续的，质量在流动过程中不会平空消失或者增加。
其次，根据动量守恒原理，射流器内部的动量流量也应保持不变。
动量流量是指单位时间内通过射流器某一截面的动量。
在射流器中，流体经过收缩喷管，速度增加，截面积减小，从而使动量流量保持不变。
这是因为流体在射流器中的流动是连续的，动量在流动过程中不会平空消失或者增加。
射流器的工作原理还与流体的性质和射流器的设计参数有关。
例如，流体的密度、粘度和速度对射流器的工作效果有影响。
射流器的设计参数包括喷嘴形状、喷嘴直径、喷嘴长度等。
这些参数的选择会影响射流器的喷射效果和工作性能。
射流器的应用非常广泛。
在空气动力学领域，射流器被用于飞机和导弹的喷气发动机中，产生高速气流来推动飞行器。
在流体力学领域，射流器被用于水力发电站中，通过喷射高速水流来驱动涡轮机。
在能源转换领域，射流器被用于燃烧室中，通过喷射燃料和氧化剂混合物来实现燃烧反应。
在喷雾技术领域，射流器被用于喷雾器中，产生细小的液滴来实现喷雾效果。
总结起来，射流器是一种利用射流原理来实现特定功能的设备。
它通过质量守恒和动量守恒原理，将高速流体射出，产生高速气流或者液流，从而实现各种应用。
射流器的工作原理与流体的性质和射流器的设计参数密切相关，其应用广泛涉及空气动力学、流体力学、能源转换、喷雾技术等领域。
水射流结构特征
水射流结构特征
水射流是一种高速、高压的水流，具有以下结构特征：
1. 射流形状：水射流的形状通常为锥形或圆柱形。
在喷嘴出口处，水射流呈现出尖锥状；随着射流距离的增加，锥形逐渐变为圆柱形。
2. 速度分布：水射流的速度分布呈现出典型的平方根定律，即射流速度随距离的增大而逐渐减小。
距离喷嘴越远，速度衰减越明显。
3. 压力分布：水射流的压力分布呈线性规律，即压力随距离的增大而逐渐降低。
这是因为射流在传播过程中，由于黏性效应和湍流现象，部分动能转化为压力能。
4. 含沙量分布：在水射流中，含沙量的分布受到风速、射流高度和沙粒粒径的影响。
一般来说，含沙量随高度增加而减小，随风速增大而增大。
5. 射流稳定性：水射流的稳定性受到多种因素影响，如喷嘴结构、射流速度、液体性质等。
在一定条件下，水射流可能会出现振荡不稳定现象。
6. 射流的应用：水射流在工业、农业、建筑业等领域具有广泛的应用，如清洗、切割、抛光、灌溉等。
通过改变喷嘴结构、射流参数和液体性质，可以实现不同功能和效果。
综上所述，水射流具有明显的结构特征，这些特征有助于了解射流的传播规律和应用效果。
在实际应用中，根据需求和场景选择合适的水射流参数和喷嘴结构，可以实现高效、稳定的射流作业。
射流器工作原理
射流器工作原理
射流器是一种通过喷射气流产生推力的装置。
其工作原理基于牛顿第三定律，即每个作用力都有一个相等大小且相反方向的反作用力。
射流器内部包含一个射流室和一个喷嘴。
在射流室中，液体或气体通过高速喷嘴喷出，并与周围的气体发生相互作用。
其中，喷出的流体以一定的速度和方向外推。
射流器的推力产生原因是由于喷嘴产生的高速气流与周围气体发生作用。
根据牛顿第三定律，气流在喷嘴中产生的反作用力会使喷嘴及整个射流器产生推力。
具体来说，当喷嘴中的气流被高速喷出时，气流的速度增加，同时周围气体的压力降低。
根据伯努利定律，气流的速度增加会使其压力降低。
这就导致了射流器与周围气体之间的压差，进而产生了推力。
射流器的推力大小取决于喷嘴喷出气流的速度和喷流的质量。
速度越高，质量越大，推力也越大。
因此，在设计射流器时需要考虑如何增加气流速度和流量，以提高推力效果。
总之，射流器利用高速喷嘴喷出气流的作用力产生反作用力，从而产生推力。
这种原理在航空航天、喷气发动机、水力推进等领域有着重要的应用。
金属射流原理
金属射流原理金属射流原理是指通过高速喷射金属颗粒来实现加工、清洁或涂覆等工艺的一种技术。
此原理基于喷射动能和金属颗粒之间的相互作用，利用金属颗粒的高速冲击力和热能转移来完成工艺目标。
金属射流技术广泛应用于多个领域，如表面清洁、金属涂覆、喷砂抛光等。
在表面清洁方面，金属射流可以高效地去除表面污垢、氧化物和涂层，使金属表面恢复原始的光洁度。
而在金属涂覆领域，金属射流可以将金属粉末喷射到底材表面，形成均匀致密的金属涂层，增强底材的耐磨、抗腐蚀性能。
金属射流原理的关键在于喷射动能的产生和金属颗粒的喷射速度。
一般使用气体或液体作为动力源，通过喷射装置将金属颗粒加速至高速。
喷射装置可以是压缩空气、液体或其他高压气体驱动的喷嘴，也可以是离心机构或涡轮机构。
金属颗粒通过喷射装置后，获得高速动能，并以射流形式喷射到待加工或清洁的表面上。
金属射流原理的工作过程可分为三个阶段：加速阶段、传递阶段和冲击阶段。
在加速阶段，喷射装置将金属颗粒加速至高速，使其具备足够的动能。
在传递阶段，金属颗粒从喷射装置中传递到待加工表面，这个阶段需要考虑射流的稳定性和金属颗粒的流动性。
在冲击阶段，金属颗粒以高速冲击待加工表面，产生机械冲击和热能转移效应，实现加工或清洁的目的。
金属射流技术具有许多优点，如高效、快速、精确和环保。
它可以在短时间内完成大面积的加工和清洁任务，并且可以适应不同形状和材质的工件。
此外，金属射流还可以调节喷射速度和颗粒大小，以实现不同加工要求的控制。
总的来说，金属射流原理是一种重要的表面处理技术，它在工业生产中起到了重要的作用。
随着技术的不断进步，金属射流技术将在更多领域得到应用，并为工业生产带来更多的便利和效益。
《流体力学》第六章气体射流
.
射流参数的计算
段 名
参数名称
符号
圆断面射流
平面射流
扩散角 主
α tg3.4a tg2.44a
体
段 射流直径 或半高度
D b
D d0
6.8
as d0
0.147
b b0
2.44
0.095 as 0.147
d0
v1 0.492
v0
as 0.41
b0
v2
v2 v0
as
0.23 0.147
d0
v2 v0
0.833 as 0.41 b0
.
段名 参数名称
符 号
圆断面射流
平面射流
起
流量
Q
2
QQ0 10.76ar0s1.32ar0s
Q Q0
1 0.43 as b0
始
v 断面平均 流速
B0Kx
tgKxK3.4a
x
紊流系数
起始段
主体段
C
B
A
R
M
α r0
核心
0
D X0
边 E
界 层
Sn
F
S
X
射流结构
.
紊流系数与 出口断面上 紊流强度有 关，也与出 口断面上速 度分布的均 匀性有关。 （表6-1）
紊流系数
喷嘴种类 带有收缩口的喷嘴
a
0.066 0.071
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
已知射流直径D, v2,d0,a, 求S和Q0
射流器工作原理
射流器工作原理引言概述：射流器是一种常见的工程设备，广泛应用于化工、石油、能源等领域。
它通过喷射高速流体来实现物质的混合、加热、冷却等工艺操作。
本文将详细介绍射流器的工作原理，包括其结构、工作原理、应用以及优缺点。
一、射流器的结构1.1 主体结构射流器主体通常由喷嘴、混合室和出口构成。
喷嘴是射流器的核心部件，它通过高速喷射流体实现能量传递和物质混合。
混合室是流体混合的空间，其结构设计影响着混合效果和工艺效率。
出口是射流器流体的排出口，通常具有调节流量和方向的功能。
1.2 流体供给系统射流器的流体供给系统包括进口管道、泵站和控制阀等。
进口管道将流体引入射流器，泵站提供流体的压力和流量，控制阀用于调节流体的供给量。
流体供给系统的设计合理与否直接影响着射流器的工作效果和稳定性。
1.3 辅助设备射流器的辅助设备主要包括传感器、温度控制器和安全阀等。
传感器用于监测流体的温度、压力等参数，以便实时掌握工艺状态。
温度控制器可根据需要调节流体的温度，确保工艺操作的稳定性和安全性。
安全阀用于保护射流器在超压情况下的安全运行。
二、射流器的工作原理2.1 能量传递原理射流器通过高速喷射的流体将动能转化为压力能和热能，实现能量传递。
当流体从喷嘴喷射出来时，由于速度的增加，其动能增大，同时也增加了流体的压力。
这种能量转化过程可用质量守恒定律和动量守恒定律来解释。
2.2 物质混合原理射流器通过高速喷射的流体将不同物质混合在一起。
当两种或多种流体相互碰撞时，由于速度的差异，会产生剪切和扩散效应，使得物质之间的混合更加充分。
此外，射流器的混合室结构和喷嘴设计也会影响物质混合的效果。
2.3 流体控制原理射流器通过控制流体的压力、流量和温度等参数，实现对工艺操作的精确控制。
通过调节泵站和控制阀，可以改变流体的供给量和速度，从而影响射流器的喷射效果和混合效果。
温度控制器可以根据工艺要求调节流体的温度，以满足不同的工艺需求。
三、射流器的应用3.1 化工工艺射流器在化工工艺中广泛应用于反应器的加热、冷却和混合等过程。
射流器的工作原理
射流器的工作原理
射流器是一种将高速流体或气体射出的设备，其工作原理可简单描述为以下几个步骤：
1. 压缩：首先，射流器会通过压缩装置将流体或气体加压，使其具有足够的能量。
这一步骤通常涉及使用压缩机或气体泵等装置。
2. 加热：接下来，射流器可能会加热流体或气体。
加热是为了增加其温度和能量，使之在射出时具有更高的速度和动能。
加热可以通过各种方式实现，例如电加热、燃烧加热或化学反应产生的热量等。
3. 喷嘴：流体或气体被引导进入喷嘴，喷嘴通常具有锥形结构，其中一个端口较小，另一个端口较大。
喷嘴的设计是为了加速和聚焦流体或气体，使其射出时形成一个高速的射流。
4. 汇聚：当流体或气体通过喷嘴射出时，射流器会通过设计将射流聚焦或集中到所需的区域。
这可以通过特定的喷嘴形状、导流装置或聚焦镜等方式来实现。
通过以上的步骤，射流器可以将高速流体或气体射出到目标区域，具有很高的速度和动能，从而实现特定的功能，如清洁、喷涂、推动物体等。
射流器在各个领域广泛应用，包括工业、研究、医疗和航天等。
射流紊流系数
射流紊流系数射流紊流系数是指在流体力学中，流体在管道中流动时，携带的动能与管壁摩擦产生的阻力的比值。
根据雷诺数的不同，可以将射流流动分为层流和紊流两类。
在层流条件下，流体分层流动，具有规律性，而在紊流条件下，流体随机乱动，没有规律性。
以下是有关射流紊流系数的详细信息。
定义射流紊流系数是射流流动中流体动能与管壁摩擦产生阻力的比值。
它是描述射流流动特性的一个重要参数。
层流和紊流在射流流动条件下，当雷诺数小于特定值时，流体呈现出分层流动的状态，称为层流，当雷诺数大于特定值时，流体呈现出随机乱动的状态，称为紊流。
层流状态下的流体动能小，摩擦阻力较小；紊流状态下的流体动能大，摩擦阻力较大。
计算公式射流紊流系数的计算公式为C=2ρU_0^2/ρv where C为系数，ρ为流体密度，U_0为射流速度，v为流体粘性系数。
当射流速度变化时，系数也会发生变化。
应用射流紊流系数是评价射流流动特性的重要参数。
对于一些需要流体快速流动的领域，如喷雾、喷剂等领域，需要利用射流的能量快速传递。
了解射流紊流系数可以帮助人们选择适当的射流结构，以达到最佳的流动效果。
此外，在一些工业领域，如化工、石油等领域，射流技术也得到了广泛应用。
总结射流紊流系数是描述流体在管道中流动特性的重要参数。
在射流流动中，当雷诺数小于特定值时，流体呈现出分层流动的状态，称为层流状态；当雷诺数大于特定值时，流体呈现出随机乱动的状态，称为紊流状态。
无论是在科学研究还是在工业领域中，了解射流紊流系数都具有重要的意义。
射流器工作原理
射流器工作原理引言概述：射流器是一种常用的工程设备，广泛应用于许多领域，如化工、石油、冶金等。
它的工作原理基于射流效应，通过将高速流体射出形成一个射流，产生一系列物理和化学变化，实现各种工艺操作。
本文将详细介绍射流器的工作原理，包括射流形成、射流与物质的相互作用、射流器的结构和射流器的应用。
一、射流形成1.1 射流器的基本构成射流器由喷嘴、进口管道和出口管道组成。
进口管道将流体引入喷嘴，经过喷嘴的收缩和加速，形成高速流体射流。
出口管道用于排出射流后的流体。
1.2 射流的形成过程当流体通过喷嘴时，由于喷嘴的几何形状和流体的速度变化，流体受到压力差的作用，从而发生加速和扩散。
在流体通过喷嘴的过程中，速度增加，同时流体的静压力降低，形成高速流体射流。
1.3 射流特性射流的特性取决于流体的性质、喷嘴的形状和尺寸以及流体的速度。
射流的速度越高，射流的冲击力和穿透力越大。
此外，射流的形状也会受到喷嘴形状的影响，可以通过调整喷嘴的形状来改变射流的形态。
二、射流与物质的相互作用2.1 射流冲击效应高速流体射流冲击物体时会产生冲击力，这种力可以用于清洗、切割和研磨等工艺。
射流冲击力的大小取决于射流速度和流体密度。
2.2 射流混合效应当两个或多个射流相互碰撞或混合时，会产生一系列物理和化学变化。
这种混合效应可以用于搅拌、分散和反应等工艺。
射流混合效应的强弱取决于射流速度、流体性质和射流角度。
2.3 射流传热效应高速流体射流可以通过对物体表面的冷却或加热，实现传热的目的。
射流传热效应可以用于冷却、加热和干燥等工艺。
射流传热效应的强弱取决于射流速度、流体温度和物体表面的热传导性能。
三、射流器的结构3.1 喷嘴的设计喷嘴的设计是射流器性能的关键因素。
喷嘴的形状和尺寸可以影响射流的速度、形态和效果。
常见的喷嘴形状包括圆形、方形和锥形等，可以根据具体工艺需求选择合适的喷嘴。
3.2 进口管道和出口管道的设计进口管道和出口管道的设计也会影响射流器的性能。
反应性射流中湍流
第９卷㊀第１期２０２４年１月气体物理ＰＨＹＳＩＣＳＯＦＧＡＳＥＳＶｏｌ.９㊀Ｎｏ.１Ｊａｎ.２０２４㊀㊀ＤＯＩ:１０.１９５２７/ｊ.ｃｎｋｉ.２０９６￣１６４２.１０７５反应性射流中湍流/非湍流界面附近标量输运特性曹晴晴１ꎬ㊀李㊀岩２ꎬ㊀张欣羡３ꎬ㊀周㊀毅１(１.南京理工大学能源与动力工程学院ꎬ江苏南京２１００９４ꎻ２.中国航天空气动力技术研究院ꎬ北京１０００７４ꎻ３.北京航空航天大学流体力学教育部重点实验室ꎬ北京１００１９１)ＳｃａｌａｒＴｒａｎｓｐｏｒｔＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＮｅａｒｔｈｅＴｕｒｂｕｌｅｎｔ/Ｎｏｎ￣ＴｕｒｂｕｌｅｎｔＩｎｔｅｒｆａｃｅｉｎａＲｅａｃｔｉｖｅＪｅｔＦｌｏｗＣＡＯＱｉｎｇｑｉｎｇ１ꎬ㊀ＬＩＹａｎ２ꎬ㊀ＺＨＡＮＧＸｉｎｘｉａｎ３ꎬ㊀ＺＨＯＵＹｉ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００９４ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００７４ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＭｉｎｉｓｔｒｙꎬＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１９１ꎬＣｈｉｎａ)摘㊀要:湍流/非湍流界面(ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ/ｎｏｎ￣ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｉｎｔｅｒｆａｃｅꎬＴ/ＮＴＩ)层分隔开湍流区和非湍流区ꎬ研究Ｔ/ＮＴＩ有利于加深对湍流区和非湍流区之间传质的理解ꎮ通过开展射流和环境流间发生二级非平衡基元反应(Ａ＋ＢңＲ)流场的数值模拟ꎬ研究了该流场中各组分在Ｔ/ＮＴＩ附近的化学反应和标量输运特性ꎮ研究结果表明:反应性射流流场中对流项在湍流区域的标量输运中占主导地位ꎮ射流的上游处化学反应较为剧烈且随着流向逐渐减弱ꎬ在Ｔ/ＮＴＩ层内及其附近均存在显著的化学反应ꎬ而下游Ｔ/ＮＴＩ层附近的化学反应主要发生在远离Ｔ/ＮＴＩ层的湍流核心区ꎮ在Ｔ/ＮＴＩ层附近ꎬ反应物Ａ和生成物Ｒ的输运机制呈现类似但相反的趋势ꎮ在无旋边界附近ꎬ反应物Ａ和生成物Ｒ的输运主要由扩散和对流作用共同影响ꎬ但其浓度几乎不随时间发生变化ꎮ在Ｔ/ＮＴＩ层内ꎬ反应物Ｂ的输运主要由对流作用影响ꎬＴ/ＮＴＩ附近的流动阻碍化学反应后所余较少的反应物Ｂ向无旋边界输运ꎮ关键词:射流ꎻ化学反应ꎻ湍流/非湍流界面层ꎻ标量输运ꎻ条件平均统计㊀㊀㊀收稿日期:２０２３￣０７￣２４ꎻ修回日期:２０２３￣１０￣０８基金项目:国家自然科学基金(９１９５２１０５)ꎻ中央高校基本科研业务费专项基金(３０９２１０１１２１２)ꎻ江苏省六大人才峰会项目(２０１９￣ＳＺＣＹ￣００５)第一作者简介:曹晴晴(１９９６ )㊀女ꎬ硕士ꎬ主要研究方向为计算流体力学ꎮＥ￣ｍａｉｌ:１２０７４９６９５４＠ｑｑ.ｃｏｍ通信作者简介:张欣羡(１９９２ )㊀女ꎬ博士ꎬ主要研究方向为流体力学ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｘｉｎｘｉａｎ＠ｂｕａａ.ｅｄｕ.ｃｎ周毅(１９８６ )㊀男ꎬ博士ꎬ主要研究方向为湍流理论ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｙｉｚｈｏｕ＠ｎｊｕｓｔ.ｅｄｕ.ｃｎ中图分类号:Ｏ３６２㊀㊀文献标志码:ＡＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ/ｎｏｎ￣ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ(Ｔ/ＮＴＩ)ｌａｙｅｒｓｅｐａｒａｔｅｓｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔａｎｄｎｏｎ￣ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｒｅｇｉｏｎｓ.ＴｈｅｓｔｕｄｙｏｆＴ/ＮＴＩｉｓｈｅｌｐｆｕｌｔｏｄｅｅｐｅｎｔｈｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｂｅｔｗｅｅｎｔｕｒｂｕｌｅｎｔａｎｄｎｏｎ￣ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｒｅｇｉｏｎｓ.ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎａｎｄｓｃａｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｎｅａｒＴ/ＮＴＩｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｗｏ￣ｓｔａｇｅｎｏｎ￣ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｒｅａｃｔｉｏｎ(Ａ＋ＢңＲ)ｆｌｏｗｆｉｅｌｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｊｅｔａｎｄｔｈｅｅｎ￣ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆｌｏｗ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｔｅｒｍｉｎｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｊｅｔｆｌｏｗｆｉｅｌｄｄｏｍｉｎａｔｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｃａｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｒｅｇｉｏｎ.Ａｔｔｈｅｕｐｓｔｒｅａｍｒｅｇｉｏｎｏｆｔｈｅｊｅｔꎬｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｉｓｍｏｒｅｉｎｔｅｎｓｅａｎｄｇｒａｄｕａｌｌｙｗｅａｋｅｎｓａｌｏｎｇｔｈｅｆｌｏｗｄｉｒｅｃｔｉｏｎ.ＴｈｅｒｅａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｉｎａｎｄｎｅａｒｔｈｅＴ/ＮＴＩｌａｙｅｒ.Ｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｒｅ￣ａｃｔｉｏｎｓｎｅａｒｔｈｅｄｏｗｎｓｔｒｅａｍＴ/ＮＴＩｌａｙｅｒｍａｉｎｌｙｏｃｃｕｒｉｎｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｃｏｒｅｒｅｇｉｏｎｆａｒａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅＴ/ＮＴＩｌａｙｅｒ.ＮｅａｒｔｈｅＴ/ＮＴＩｌａｙｅｒꎬｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｒｅａｃｔａｎｔＡａｎｄｒｅｓｕｌｔａｎｔＲｓｈｏｗｓａｓｉｍｉｌａｒｂｕｔｏｐｐｏｓｉｔｅｔｒｅｎｄ.ＮｅａｒｔｈｅｉｒｒｏｔａｔｉｏｎａｌｂｏｕｎｄａｒｙｏｆｔｈｅＴ/ＮＴＩｌａｙｅｒꎬｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｒｅａｃｔａｎｔＡａｎｄｒｅｓｕｌｔａｎｔＲｉｓｍａｉｎｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎꎬｂｕｔ气体物理２０２４年㊀第９卷ｔｈｅｉｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｈａｒｄｌｙｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｉｍｅ.ＴｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｒｅａｃｔａｎｔＢｉｎｔｈｅＴ/ＮＴＩｌａｙｅｒｉｓｍａｉｎｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｃｏｎｖｅｃ￣ｔｉｏｎ.ＴｈｅｒｅｍａｉｎｉｎｇｒｅａｃｔａｎｔＢａｆｔｅｒｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｉｓｂｌｏｃｋｅｄｂｙｔｈｅｆｌｏｗｎｅａｒＴ/ＮＴＩｔｏｔｒａｎｓｐｏｒｔｔｏｔｈｅｉｒｒｏｔａｔｉｏｎａｌｂｏｕｎｄａｒｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｊｅｔꎻｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎꎻｔｕｒｂｕｌｅｎｔ/ｎｏｎ￣ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｉｎｔｅｒｆａｃｅｌａｙｅｒꎻｓｃａｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔꎻｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌａｖｅｒａｇｅｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ引㊀言射流具有较强的输运和混合能力ꎬ因此在工业领域应用非常广泛ꎬ例如空气送风系统ꎬ燃油喷射系统和液体喷洒㊁喷涂和切割等ꎮ射流的一个典型特征是流场中存在着清晰的㊁薄层包裹着的湍流区域ꎬ使其与无旋区域(非/低湍流区)分开ꎬ该薄层控制着无旋区域和湍流区域之间能量㊁动量和标量的运输和交换[１]ꎬ称为湍流/非湍流界面层ꎮ国内外学者针对Ｔ/ＮＴＩ层的几何特性[２￣４]和动力学特征[５￣７]开展了广泛的研究ꎮ李思成等[２]通过在流场中安装垂直于流向的扰流板研究脱落涡对Ｔ/ＮＴＩ层沿流向的影响ꎬ发现在扰流板影响下Ｔ/ＮＴＩ的分形维度减小ꎬ表明脱落涡使Ｔ/ＮＴＩ层多尺度特性㊁三维性呈减弱的趋势ꎮ张爽等[４]通过实验发现二维㊁三维密度界面存在分形结构ꎬ并且随着湍流强度的减弱ꎬ物质之间的混合过程在减缓ꎬ密度界面也变得更加光滑ꎮＨａｙａｓｈｉ等[８]研究时间演化下平面射流的剪切运动和Ｔ/ＮＴＩ层之间的关系ꎬ发现湍流核心区和Ｔ/ＮＴＩ层中剪切层的速度跃变大约是Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ速度尺度的７倍ꎬ且界面附近的剪切层大部分平行于Ｔ/ＮＴＩ层ꎮＮａｇａｔａ等[９]通过计算界面局部坐标系下的统计量研究Ｔ/ＮＴＩ层附近的流动特性ꎬ发现Ｔ/ＮＴＩ层附近的内能变化率与射流的初始动能成正比ꎬ无旋边界的内能变化由扩散/膨胀效应造成ꎬ压缩性通过影响Ｔ/ＮＴＩ层的总表面积影响总卷吸速率ꎮＷａｔａｎａｂｅ等[１０]基于Ｂｕｒｇｅｒｓ涡旋模型探究Ｔ/ＮＴＩ层附近孤立涡旋的作用ꎬ发现在涡量场上的应变率使非湍流流体朝向无旋边界移动ꎬ与涡量场相关的速度将之卷吸进入湍流核心区ꎮ射流往往也伴随着不同组分的化学反应[１１ꎬ１２]和标量输运[１３ꎬ１４]ꎬ学者们对射流中的化学反应和标量输运开展了丰富的研究ꎬ包括组分浓度比[１５]㊁化学反应速率[１６]等因素对标量输运的影响等ꎮ王芳等[１７]利用小型流化床射流装置研究预氧化反应后的生成物分布㊁半焦化物质的结构与活性ꎬ得出温度㊁反应物浓度比例和当量空气系数对半焦化的影响ꎮ李岩等[１８]通过研究不同射流口间距下双射流间的流动－化学反应耦合过程ꎬ发现在双平行反应性射流标量场中化学反应标量输运方程各项所控制的对流㊁扩散作用和化学反应对标量产生㊁消耗和输运的影响以及射流相互作用尺度在该流场中的适用性ꎮＷａｔａｎａｂｅ等[１９]针对反应性流动提出了一种基于近似反卷积模型的大涡模拟方法ꎬ并将之与粒子追踪技术相结合ꎬ模拟具有二级基元反应的平面射流ꎬ验证了该混合模型预测反应标量统计特性的可行性和准确性ꎮ他人对反应性平面射流㊁流场中的Ｔ/ＮＴＩ层㊁标量输运分别进行了大量的研究ꎬ但反应性射流流场中Ｔ/ＮＴＩ层附近的传质机理尚不明晰ꎬ缺少针对Ｔ/ＮＴＩ层附近因化学反应和标量输运导致的各组分产生㊁消耗㊁输运和混合过程的研究ꎮ平面单射流作为一种典型的自由剪切流ꎬ研究反应性平面单射流中Ｔ/ＮＴＩ附近的卷吸特性㊁化学反应特性㊁标量的输运和混合特性ꎬ对于丰富射流的研究内涵ꎬ拓展相关工业的应用领域具有重要的意义ꎮ因此本文对射流与环境流之间发生的二级非平衡基元反应进行数值模拟ꎬ研究Ｔ/ＮＴＩ层附近射流与环境流之间发生的化学反应以及标量的产生㊁消耗和输运特性ꎮ１㊀数值方法１.１㊀流场和标量场计算本文基于开源软件ＯｐｅｎＦＯＡＭ平台中用于解决瞬态不可压缩流场非稳态问题的ｐｉｍｐｌｅＦｏａｍ求解器ꎮ求解器不使用任何湍流模型(设置为ｌａｍｉｎａｒ)ꎬ利用准直接数值模拟[２０]方法通过对不可压缩的Ｎａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓ方程组(包含连续性方程和动量方程)求解得到速度场ꎬ方程表达如下∂ｕｊ∂ｘｊ＝０∂ｕｉ∂ｔ＋∂ｕｉｕｊ∂ｘｊ＝－∂ｐρ∂ｘｉ＋ν∂２ｕｉ∂ｘｊ∂ｘｊ式中ꎬｕꎬｐꎬνꎬρ分别代表流体的瞬时速度㊁瞬时压力㊁运动黏度和密度ꎬｔ为时间ꎮ化学反应被动标量输运方程是在对流场本身不产生影响的前提下研究标量输运㊁消耗和产生的２第１期曹晴晴ꎬ等:反应性射流中湍流/非湍流界面附近标量输运特性关键方法ꎮ假设二级非平衡基元反应(Ａ＋ＢңＲ)发生在等温条件下ꎬ考虑到化学反应对组分浓度分布和变化速率的影响ꎬ将化学反应作为被动标量输运方程的控制因素ꎮ对于组分α(反应物Ａ㊁Ｂ和生成物Ｒ)的标量输运控制方程表达如下∂Γα∂ｔ＋∂ｕｊΓα∂ｘｊ＝Ｄα∂２Γα∂ｘｊ∂ｘｊ＋Ｓα(１)其中ꎬΓα表示组分α的浓度ꎻＤα表示分子扩散系数ꎬ假设各组分的分子扩散系数相等ꎮ式(１)简写为Ａｔα＋ＡＴα＝ＤＴα＋ＳＴαꎬ其中Ａｔα＝∂Γα/∂ｔ为非稳态项ꎬ表示流动－化学反应过程中组分α的浓度随时间的变化情况ꎻＡＴα＝∂ｕｊΓα/∂ｘｊ为对流项ꎬ表示射流中对流作用对各组分标量输运的影响ꎻＤＴα＝Ｄα∂２Γα/(∂ｘｊ∂ｘｊ)为扩散项ꎬ表示射流中扩散作用对各组分标量输运的影响ꎻＳＴα为化学反应源项ꎬＳＴＡ＝ｋΓＡΓＢꎬＳＴＢ＝ｋΓＡΓＢ和ＳＴＲ＝－２ｋΓＡΓＢ分别表示化学反应对反应物Ａ㊁Ｂ和生成物Ｒ浓度的影响ꎬｋ表示该反应的反应速率常数ꎮ１.２㊀计算模型和参数本文研究射流与环境流之间发生的二级非平衡基元反应(Ａ＋ＢңＲ)ꎬ反应性流场示意图如图１所示ꎬ其中环境流中预混着反应物Ａꎬ射流中预混着反应物Ｂꎮ当反应物Ｂ沿着宽度为ｄ的狭缝喷射到流场中时ꎬ与环境流中的反应物Ａ接触并发生化学反应ꎬ反应物Ａ和Ｂ以及生成物Ｒ随着射流向周围环境以及流场的下游输运ꎮ图１㊀反应性平面射流Ｆｉｇ.１㊀Ｒｅａｃｔｉｖｅｐｌａｎａｒｊｅｔ表１是反应性射流数值模拟的几何细节及数值参数ꎬ其中基于射流口初始平均流向速度ＵＪ和射流口宽度ｄ获得入口Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数Ｒｅ＝ＵＪｄ/νꎮ流场模拟采用Ｔｏｐｈａｔ初始场ꎬ与Ｓｔａｎｌｅｙ等[２１]和Ｚｈｏｕ等[２２]的初始平均环境流速度ＵＡ＝０.１ＵＪ相同ꎮ同时ꎬ在保证流场数据准确性的前提下为促使层流更快地向湍流转捩ꎬ采用白噪声脉动法[２３]在射流口处对ｘꎬｙ和ｚ方向的速度添加０.０５ＵＪ的扰动ꎮ环境流中掺混的反应物Ａ和射流中掺混的反应物Ｂ具有相同的初始浓度ΓＡ０＝ΓＢ０ꎬ生成物的初始浓度为０ꎮＤａｍｋöｈｌｅｒ数Ｄａ＝ｋ(ΓＡ０＋ΓＢ０)ｄ/ＵＪ是流动时间尺度与化学反应时间尺度的比值ꎬ用于控制化学反应速率ꎮＳｃｈｍｉｄｔ数Ｓｃ＝ｖ/Ｄα是描述流体中质量和动量扩散的无量纲数ꎬＳｃ为０.７１[１８]ꎮ流场在流向的入口和出口采用流入流出边界条件ꎬ在法向边界采用自由滑移边界条件ꎬ展向边界则采用周期性边界条件ꎬ并在流向和展向采用均匀网格ꎬ法向在(－８ｄꎬ８ｄ)范围内采用均匀网格ꎬ在其余部分采用指数加密形式ꎮ众所周知ꎬＴ/ＮＴＩ层的厚度与Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ微尺度η＝(ｖ３/ε)１/４在同一量级[１]ꎬ其中ε＝２ｖ‹(∂ｕᶄｉ/∂ｘｊ)２›为耗散率ꎬ ‹› 表示对时间和展向取平均ꎮ本文中流场中心线上沿流向的空间分辨率最差值是ｘ/ｄ＝１０处的３.３５ηꎬ足以有效捕捉Ｔ/ＮＴＩ层附近的小尺度运动ꎮ表１㊀反应性射流数值模拟的几何细节及数值参数Ｔａｂｌｅ１㊀ＧｅｏｍｅｔｒｙｄｅｔａｉｌｓａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｄｉｒｅｃｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｌａｎａｒｊｅｔＲｅＵＡ/ＵＪΓＡ０/ΓＢ０ＤａＳｃＬｘ/ｄＬｙ/ｄＬｚ/ｄＮｘＮｙＮｚ２００００.１１５０.７１３０２３８７０１６５９１２０１.３㊀数值方法验证本文将反应性射流速度场和标量场的数值模拟结果与他人的实验[２４￣２６]和数值模拟[１６ꎬ２１]结果进行对比ꎬ以验证当前数值方法的准确性ꎮ图２是反应性射流无量纲后的平均流向速度和速度脉动均方根的法向分布ꎬ‹ｕ›Ｃ为射流中心线上的平均流向速度ꎬＵＡ为初始平均环境流速度ꎬｂＵ为基于平均流向速度的射流半宽ꎬ是(‹ｕ›－ＵＡ)/(‹ｕ›Ｃ－ＵＡ)＝０.５时对应的法向坐标ꎮ从图２(ａ)中可以看出在ｘ/ｄ＝１０ꎬ１５和２０处射流的速度场具有自相似性ꎬ对应中心线上的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数分别为１６１２ꎬ１３５２和１２０３ꎬ平均流向速度的法向分布曲线与Ｇｕｔｍａｒｋ等[２４]㊁Ｒａｍａｐｒｉａｎ等[２５]的实验探究结果和Ｗａｔａｎａｂｅ等[１６]的数值模拟结果非常吻合ꎮ从图２(ｂ)中可以看到无量纲后的速度脉动均方根的法向分布与Ｇｕｔｍａｒｋ等[２４]㊁Ｒａｍａｐｒｉａｎ等[２５]和Ｓｔａｎｌｅｙ等[２１]的模拟结果总体上一致ꎬ初始场的不同在一定程度上影响速度脉动均方根的法向分布ꎬ导致了不完全吻合的现象ꎮ图２表明平均流向速度和速度脉动均方根的法向分布与他人结果均吻合良好ꎬ验证了速度场模拟的准确性ꎮ３气体物理２０２４年㊀第９卷(ａ)Ｎｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｚｅｄｍｅａｎｓｔｒｅａｍｗｉｓｅｖｅｌｏｃｉｔｙ(ｂ)ＮｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｚｅｄＲＭＳｖａｌｕｅｓｏｆｓｔｒｅａｍｗｉｓｅｖｅｌｏｃｉｔｙｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ图２㊀反应性射流无量纲后平均流向速度和流向速度脉动均方根的法向分布Ｆｉｇ.２㊀ＮｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｚｅｄｍｅａｎｓｔｒｅａｍｗｉｓｅｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄＲＭＳｖａｌｕｅｓｏｆｓｔｒｅａｍｗｉｓｅｖｅｌｏｃｉｔｙｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｎｏｒｍａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒａｒｅａｃｔｉｖｅｊｅｔｆｌｏｗ本文通过验证混合浓度分数沿法向的分布ꎬ以验证化学反应标量场模拟的准确性ꎮ在浓度相关计算中ꎬ引入ξ可以提高化学反应与组分混合的计算效率[１８]ꎬ混合浓度分数ξ为ξ＝ΓＢ－ΓＡ＋ΓＢ０ΓＡ０＋ΓＢ０其中ꎬξ可看作预混到射流中的非反应性标量[１６]ꎬ在射流口处为１ꎬ在环境流中为０ꎮ根据质量守恒ꎬΓＡ/ΓＡ０＋ΓＢ/ΓＢ０＋ΓＲ/ΓＲ０＝１ꎬ反应物Ａ和Ｂ的瞬时浓度可以通过生成物的瞬时浓度和混合浓度分数获得:ΓＡ＝ΓＡ０(１－ξ)－ΓＲ和ΓＢ＝ΓＢ０ξ－ΓＲꎮ图３是反应性射流无量纲平均混合浓度分数的法向分布ꎬ其中‹ξ›Ｃ表示射流中心线上的平均混合浓度分数ꎬｂξ为基于平均混合浓度分数的射流半宽ꎬ即‹ξ›/‹ξ›Ｃ＝０.５时对应的法向坐标ꎮ图中可以看出在ｘ/ｄ＝１０ꎬ１５和２０处射流的平均混合浓度分数曲线也具有自相似性ꎬ且这些结果与Ｗａ￣ｔａｎａｂｅ等[１６ꎬ２６]的实验结果和数值模拟结果吻合ꎬ由此可以验证标量场模拟的可靠性和准确性ꎮ图３㊀反应性射流无量纲平均混合浓度分数的法向分布Ｆｉｇ.３㊀Ｎｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｚｅｄｍｅａｎｍｉｘｔｕｒｅｆｒａｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｎｏｒｍａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒａｒｅａｃｔｉｖｅｊｅｔｆｌｏｗ根据Ｗａｔａｎａｂｅ等[２７]在平均流向速度和平均混合浓度分数的测量结果中观察到平面射流自相似区域的典型特征ꎬｂξ大于ｂＵꎬ得出流场中基于平均混合浓度分数的扩散速率应大于预期的平均流向速度ꎮ图４是反应性射流分别基于‹ｕ›－ＵＡ和‹ξ›的半宽ｂＵ和ｂξ的流向分布ꎬ图中证实了上述观点ꎬ且随ｘ/ｄ的增大ꎬ各半宽成比例增大ꎮ其中ｂＵ和ｂξ与Ｗａｔａｎａｂｅ等[２６]的数值模拟结果基本吻合ꎮ在Ｗａｔａｎａｂｅ等[２６]的数值模拟中ꎬ射流与环境流的初始平均速度与本文不同ꎬ在流场的入口处添加的扰动也是依据实验拟合的脉动速度ꎬ因此导致了两者不完全吻合的现象ꎮ图４㊀反应性射流基于‹ｕ›－ＵＡ和‹ξ›的射流半宽的流向分布Ｆｉｇ.４㊀Ｓｔｒｅａｍｗｉｓｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｒｅａｃｔｉｖｅｊｅｔｈａｌｆｗｉｄｔｈｂａｓｅｄｏｎ‹ｕ›－ＵＡａｎｄ‹ξ›２㊀结果分析与讨论２.１㊀Ｔ/ＮＴＩ层的识别Ｔ/ＮＴＩ层是一个具有有限厚度的薄层ꎬ学者们４第１期曹晴晴ꎬ等:反应性射流中湍流/非湍流界面附近标量输运特性提出了多种识别Ｔ/ＮＴＩ层外缘ꎬ即无旋边界的方法ꎬ包括基于涡量ω[２８]㊁湍动能ｋ[７]和速度空间分布均匀性方法[２]ꎬ本文利用涡量阈值ωｔｈ的等值面识别Ｔ/ＮＴＩ层的外缘ꎬ即无旋边界ꎮ其中ωｔｈ基于湍流区域所占体积分数确定ꎬω>ωｔｈ时为湍流区域ꎬω<ωｔｈ时为无旋区域ꎮω∗ｔｈ表示以ωｍａｘ为特征尺度对ωｔｈ进行无量纲ꎬ其中ωｍａｘ＝ｍａｘ(ω(ｘ))为流向ｘ位置处所在ｙｏｚ平面上ω的最大值ꎮ图５分别是在ｘ/ｄ＝１０和２０处湍流区域的体积分数ＶＴ随ω∗ｔｈ的变化情况ꎮ当ｘ/ｄ＝１０和２０处的ω∗ｔｈ分别小于０.００１和０.０００１时ꎬＶＴ随着ω∗ｔｈ的减小而大幅增大ꎮ而当ω∗ｔｈ分别处于０.００１~０.０３和０.０００１~０.００２范围内ꎬＶＴ对ω∗ｔｈ的依赖性很小ꎬ存在着ＶＴ分别约为０.２５和０.４２的平台状区域ꎬ涡量等值面的位置几乎不随ω∗ｔｈ变化ꎬ本文取ω∗ｔｈ为０.００１２ꎬ在图５中用垂直虚线表示ꎮ图５㊀湍流区域的体积分数ＶＴ随涡量阈值ω∗ｔｈ的变化情况Ｆｉｇ.５㊀ＣｈａｎｇｅｏｆｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎＶＴｉｎｔｕｒｂｕｌｅｎｔｒｅｇｉｏｎｗｉｔｈｖｏｒｔｉｃｉｔｙｔｈｒｅｓｈｏｌｄω∗ｔｈ２.２ 流场和标量场可视化图６是在ｘ/ｄ＝１０和２０处ｙｏｚ平面上带有无旋边界的瞬时无量纲涡量云图ꎬ其中涡量以ωｍａｘ为特征尺度进行无量纲ꎬ白色实线表示Ｔ/ＮＴＩ层的无旋边界ꎬ图中可以看出沿着流向的演化ꎬ射流不断发展ꎬＴ/ＮＴＩ层向两侧移动ꎮ(ａ)Ｕｐｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝１０㊀㊀㊀(ｂ)Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝２０图６㊀ｙｏｚ平面上带有无旋边界的瞬时无量纲涡量Ｆｉｇ.６㊀Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｎｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｚｅｄｖｏｒｔｉｃｉｔｙｗｉｔｈｉｒｒｏｔａｔｉｏｎａｌｂｏｕｎｄａｒｙｏｎｔｈｅｙｏｚｐｌａｎｅ图７是反应物Ａ㊁Ｂ和生成物Ｒ分别在ｘ/ｄ＝１０和２０处带有无旋边界的瞬时无量纲浓度云图ꎬ其中环境流中反应物Ａ和射流中反应物Ｂ的浓度分别以初始浓度ΓＡ０和ΓＢ０无量纲化ꎬ生成物Ｒ以其在化学计量比混合物中的最大浓度ΓＲ０无量纲ꎬΓＲ０＝ΓＡ０ΓＢ０/(ΓＡ０＋ΓＢ０)[１６]ꎮ图７中反应物Ａ的浓度由Ｔ/ＮＴＩ层向内逐渐减少ꎬ而上游的反应物Ｂ的浓度明显高于下游ꎬ且几乎全部存在于射流内部ꎬ并且随着流场的发展ꎬ生成物Ｒ的浓度逐渐增加ꎮ这是因为环境流中的反应物Ａ跨越Ｔ/ＮＴＩ层进入湍流区域ꎬ与反应物Ｂ接触并发生化学反应ꎬ产生生成物Ｒꎮ随着化学反应的进行ꎬ反应物Ｂ的浓度沿流向逐渐减少ꎬ生成物Ｒ的浓度逐渐增加ꎮ(ａ)Ｕｐｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝１０５气体物理２０２４年㊀第９卷(ｂ)Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝２０图７㊀ｙｏｚ平面上带有无旋边界的反应物Ａ㊁Ｂ和生成物Ｒ的瞬时无量纲浓度Ｆｉｇ.７㊀ＩｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｎｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｚｅｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｒｅａｃｔａｎｔＡꎬＢａｎｄｒｅｓｕｌｔａｎｔＲｗｉｔｈｉｒｒｏｔａｔｉｏｎａｌｂｏｕｎｄａｒｙｏｎｔｈｅｙｏｚｐｌａｎｅ对于反应性射流标量场ꎬ瞬时化学反应速率被广泛定义为Ｗ︿Ｒ＝ＤａΓＡΓＢ/(ΓＡ０ΓＢ０)[１８ꎬ１９]ꎮ图８是在ｘ/ｄ＝１０和２０处带有无旋边界的生成物Ｒ的瞬时化学反应速率云图ꎬ图中可以看出在流场上游化学反应较剧烈ꎬ在流场下游化学反应较弱ꎮ这是因为Ｗ︿Ｒ的大小是由反应物Ａ和Ｂ的浓度共同决定ꎬ随着化学反应的进行ꎬ无旋区域中的反应物Ａ被不断地输运至湍流区域ꎬ反应物Ｂ沿着流向逐渐减少ꎬ在下游时浓度较低ꎮ(ａ)Ｕｐｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝１０㊀㊀㊀(ｂ)Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝２０图８㊀带有无旋边界的生成物Ｒ的瞬时化学反应速率Ｆｉｇ.８㊀ＩｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｒｅｓｕｌｔａｎｔＲｗｉｔｈｉｒｒｏｔａｔｉｏｎａｌｂｏｕｎｄａｒｙ２.３ 标量产生㊁消耗和输运图９是在ｘ/ｄ＝１０和２０处各组分标量输运方程中各项瞬时值的法向演化ꎬ其中残差项ＲＨＳ表示式(１)左右两侧的代数差ꎬ垂直虚线表示射流两侧Ｔ/ＮＴＩ层的无旋边界位置ꎮ图中ＲＨＳ在ｘ/ｄ＝１０和２０处的法向演化几乎为０ꎬ这表明标量场的统计结果收敛性良好ꎮ在ｘ/ｄ＝１０处ꎬ各组分的非稳态项Ａｔα和对流项ＡＴα之间几乎呈对称分布ꎬ生成物Ｒ的化学反应源项ＳＴＲ和各组分的扩散项ＤＴα的大小相较于非稳态项和对流项较小ꎬ反应物Ａ和Ｂ的化学反应源项ＳＴＡ和ＳＴＢ的大小几乎可以忽略ꎮ因此可以得出在ｘ/ｄ＝１０处的湍流区域中对流作用主导各组分的浓度变化ꎬ扩散作用对各组分浓度变化的影响较小ꎬ化学反应使生成物Ｒ的浓度少量增加ꎮ而在ｘ/ｄ＝２０处各组分的化学反应源项ＳＴα基本为０ꎬ各组分的扩散项ＤＴα值较小ꎬ各组分的非稳态项Ａｔα和对流项ＡＴα之间也几乎呈对称分布ꎮ因此可以合理认为在整个自相似区域中ꎬ各组分的浓度变化由对流作用主导ꎬ扩散作用的影响较小ꎬ化学反应几乎不产生影响ꎮ(ａ)Ｕｐｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝１０６第１期曹晴晴ꎬ等:反应性射流中湍流/非湍流界面附近标量输运特性(ｂ)Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝２０图９㊀各组分标量输运方程中各项沿中心线的瞬时法向演化Ｆｉｇ.９㊀Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｎｏｒｍａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｒｍｓｉｎｔｈｅｓｃａｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｑｕａｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ２.４㊀Ｔ/ＮＴＩ层附近的条件平均统计和标量输运特性图１０是在ｘ/ｄ＝１０和２０处距无旋边界的垂直距离ｙＩ为条件的涡量和各组分浓度统计量ꎬ其中ｙＩ以流场中心线上的Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ尺度ηＣ无量纲化[２８]ꎮ同时给出涡量对ｙＩ/ηＣ的１阶导数的条件统计平均结果并采用其最大值无量纲化ꎬ以－‹ω›ᶄＩ最大值的２０％定量描述Ｔ/ＮＴＩ层的平均厚度[８]ꎮ图中红色点划线表示Ｔ/ＮＴＩ层的外缘ꎬ即无旋边界ꎬ黑色双点划线表示Ｔ/ＮＴＩ层的内缘ꎬ两条垂直点划线之间的区域为Ｔ/ＮＴＩ层ꎬ其内涡量的梯度较大ꎬ黑色点划线左侧区域为湍流核心区域ꎬ红色点划线右侧区域为无旋区域ꎬ条件平均统计值由 ‹›Ｉ 表示ꎮ图中可以看到Ｔ/ＮＴＩ层内反应物Ａ㊁Ｂ和生成物Ｒ的浓度也存在着较大梯度ꎬ从无旋区域向湍流核心区ꎬ反应物Ａ和生成物Ｒ的浓度梯度先逐渐增大后逐渐减小ꎬ生成物Ｒ浓度在远离无旋边界处较大ꎮ在标量输运方程中ꎬ通过对流或扩散的输运作用㊁化学反应使组分α的浓度增大的为产生项ꎬ而使组分α的浓度减小的则为消耗项ꎮ由公式Ａｔα＝－ＡＴα＋ＤＴα＋ＳＴα可知ꎬ－ＡＴα>０ꎬＤＴα>０ꎬＳＴα>０为产生项ꎬ－ＡＴα<０ꎬＤＴα<０ꎬＳＴα<０为消耗项ꎮ(ａ)Ｕｐｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝１０(ｂ)Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝２０图１０㊀涡量和各组分浓度的条件平均统计Ｆｉｇ.１０㊀Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌａｖｅｒａｇｅｏｆｖｏｒｔｉｃｉｔｙａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔ图１１为反应物Ａ的标量输运方程中各项在ｘ/ｄ＝１０和２０处的条件平均统计ꎬ在Ｔ/ＮＴＩ层的无旋边界附近ꎬ反应物Ａ的化学反应源项ＳＴＡ基本可以忽略ꎬ对流项－ＡＴＡ为产生项ꎬ扩散项ＤＴＡ为消耗项ꎬｘ/ｄ＝１０处非稳态项ＡｔＡ大于０但数值非常小ꎬｘ/ｄ＝２０处非稳态项ＡｔＡ的数值基本为０ꎮ因此在对流和扩散作用下ꎬ反应物Ａ由无旋区域输运至Ｔ/ＮＴＩ层内ꎬ即无旋边界附近ꎬ但反应物Ａ的浓度几乎不随时间发生变化ꎮ在ｘ/ｄ＝１０处的－２２<ｙＩ/ηＣ<－８范围内和ｘ/ｄ＝２０处的－２０<ｙＩ/ηＣ<－５范围内ꎬ化学反应源项ＳＴＡ和对流项－ＡＴＡ始终为消耗项ꎬ扩散项ＤＴＡ从无旋边界附近向湍流核心区先为消耗项后为产生项ꎮ在扩散项ＤＴＡ为消耗项的区域ꎬ对流和扩散作用令反应物Ａ的浓度减小ꎬ而环境流中反应物Ａ的输运趋势是由无旋区域至湍流区ꎬ因此该区域扩散项ＤＴＡ和对流项－ＡＴＡ使反应物Ａ由无旋边界附近向湍流区方向输运ꎮ而在扩散项ＤＴＡ为产生项的区域ꎬ虽然扩散作用令反应物Ａ的浓度增大ꎬ但对流项－ＡＴＡ为消耗项且数值７气体物理２０２４年㊀第９卷大于扩散项ＤＴＡꎬ因此对流和扩散作用对反应物Ａ的总体影响是使其浓度减小ꎬ反应物Ａ继续向湍流核心区方向输运ꎮ因此在ｘ/ｄ＝１０处的－２２<ｙＩ/ηＣ<－８范围内和ｘ/ｄ＝２０处的－２０<ｙＩ/ηＣ<－５范围内不断地将在无旋边界附近的反应物Ａ向湍流核心区输运ꎬ其中对流项－ＡＴＡ的数值远大于扩散项ＤＴＡ和化学反应源项ＳＴＡꎬ因此该区域内对流作用对反应物Ａ的输运占主导地位ꎮ在湍流核心区和Ｔ/ＮＴＩ层内缘处ꎬ此时对流项－ＡＴＡ和扩散项ＤＴＡ为产生项ꎬ化学反应源项ＳＴＡ为消耗项ꎮ在此区域内反应物Ａ的浓度在ｘ/ｄ＝１０处由对流作用和化学反应共同影响ꎬ而在ｘ/ｄ＝２０处对流作用占主导地位ꎮ(ａ)Ｕｐｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝１０(ｂ)Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝２０图１１㊀反应物Ａ的标量输运方程中各项在ｘ/ｄ＝１０和２０的条件平均统计Ｆｉｇ.１１㊀ＣｏｎｄｉｔｉｏｎａｌａｖｅｒａｇｅｏｆｔｈｅｔｅｒｍｓｉｎｔｈｅｓｃａｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｒｅａｃｔａｎｔＡａｔｘ/ｄ＝１０ａｎｄ２０图１２为反应物Ｂ的标量输运方程中各项在ｘ/ｄ＝１０和２０处的条件平均统计ꎮ图１０中Ｔ/ＮＴＩ层附近反应物Ｂ的浓度在ｘ/ｄ＝１０处较小ꎬ在ｘ/ｄ＝２０处基本可以忽略ꎬ这是因为反应物Ｂ在上游因化学反应被大量消耗ꎬ到下游时基本消耗殆尽ꎮ因此图１２中Ｔ/ＮＴＩ层附近对反应物Ｂ的输运作用与图１１和图１３中的反应物Ａ和生成物Ｒ相比较小ꎮ反应物Ｂ的浓度在Ｔ/ＮＴＩ层内主要由对流作用影响ꎬ在Ｔ/ＮＴＩ层内缘附近和湍流核心区主要由对流作用和化学反应共同影响ꎮ而在Ｔ/ＮＴＩ层无旋边界附近ꎬ反应物Ｂ的标量输运方程中各项皆为０ꎬ这是因为ＴＮＴＩ附近的流动阻碍反应物Ｂ向无旋边界输运[２８ꎬ２９]且反应物Ｂ在靠近无旋边界之前因化学反应被消耗ꎮ(ａ)Ｕｐｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝１０(ｂ)Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝２０图１２㊀反应物Ｂ的标量输运方程中各项在ｘ/ｄ＝１０和２０的条件平均统计Ｆｉｇ.１２㊀ＣｏｎｄｉｔｉｏｎａｌａｖｅｒａｇｅｏｆｔｈｅｔｅｒｍｓｉｎｔｈｅｓｃａｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｒｅａｃｔａｎｔＢａｔｘ/ｄ＝１０ａｎｄ２０图１３为生成物Ｒ的标量输运方程中各项在ｘ/ｄ＝１０和２０处的条件平均统计ꎮ在无旋边界附近ꎬ生成物Ｒ的化学反应源项ＳＴＲ基本可忽略ꎬ其扩散项ＤＴＲ为产生项ꎬ对流项－ＡＴＲ为消耗项ꎮ此时在ｘ/ｄ＝１０处ꎬＡＴＲ>ＤＴＲꎬ非稳态项ＡｔＲ<０且数值非常小ꎻ而在ｘ/ｄ＝２０处ꎬ非稳态项ＡｔＲ的数值基本为０ꎮ因此生成物Ｒ在无旋区域和Ｔ/ＮＴＩ层内部之间的输运由对流和扩散作用共同影响ꎬ但生成物Ｒ的浓度几乎不随时间发生变化ꎮ在ｘ/ｄ＝１０处的８第１期曹晴晴ꎬ等:反应性射流中湍流/非湍流界面附近标量输运特性－１９<ｙＩ/ηＣ<－９范围内和ｘ/ｄ＝２０处的－１９<ｙＩ/ηＣ<－５范围内ꎬ化学反应源项ＳＴＲ和对流项－ＡＴＲ始终为产生项ꎬ而扩散项ＤＴＲ由无旋边界附近向湍流核心区先为产生项后为消耗项ꎬ生成物Ｒ的浓度主要受对流作用影响ꎮ在湍流核心区和Ｔ/ＮＴＩ层内缘处ꎬ此时化学反应源项ＳＴＲ产生生成物Ｒꎬ对流项－ＡＴＲ和扩散项ＤＴＲ为消耗项ꎬ生成物Ｒ的浓度随时间逐渐减小ꎮ对流作用和化学反应在ｘ/ｄ＝１０处共同影响生成物Ｒ的浓度ꎻ而在ｘ/ｄ＝２０处ꎬ对流作用对生成物Ｒ浓度的影响占主导地位ꎮ(ａ)Ｕｐｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝１０(ｂ)Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｘ/ｄ＝２０图１３㊀生成物Ｒ的标量输运方程中各项在ｘ/ｄ＝１０和２０的条件平均统计Ｆｉｇ.１３㊀ＣｏｎｄｉｔｉｏｎａｌａｖｅｒａｇｅｏｆｔｈｅｔｅｒｍｓｉｎｔｈｅｓｃａｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｒｅｓｕｌｔａｎｔＲａｔｘ/ｄ＝１０ａｎｄ２０化学反应对组分浓度的影响在ｘ/ｄ＝１０处比ｘ/ｄ＝２０处更强烈ꎬ化学反应源项在Ｔ/ＮＴＩ层附近不断消耗反应物Ａ和Ｂꎬ产生生成物Ｒꎮ随着从无旋区域到Ｔ/ＮＴＩ层ꎬ再到湍流核心区ꎬ化学反应源项条件平均统计的绝对值呈逐渐增加的趋势ꎮ统计结果显示上游区域(ｘ/ｄ＝１０)的化学反应显著发生在Ｔ/ＮＴＩ层内及其附近ꎬ这表明在上游区域Ｔ/ＮＴＩ层内及其附近存在着显著化学反应且随着流向逐渐减弱ꎮ与此同时ꎬ下游处Ｔ/ＮＴＩ层附近的化学反应主要发生在远离Ｔ/ＮＴＩ层的湍流核心区ꎮ在无旋边界附近ꎬ反应物Ａ和生成物Ｒ的输运主要受扩散项和对流项影响ꎮ这是因为流体对组分的输运不仅与扩散作用有关ꎬ还与流体本身的运动状况有关ꎮ但ｘ/ｄ＝２０处Ｔ/ＮＴＩ附近的流动速度较小ꎬ反应物Ａ和生成物Ｒ的输运受到射流扩散作用的影响更加显著ꎮ相比之下ꎬＴ/ＮＴＩ附近的流体在单射流的上游区域具有较高的速度ꎬ因此在ｘ/ｄ＝１０处射流的对流作用对输运的影响更加显著ꎮ从无旋界面到Ｔ/ＮＴＩ层内缘ꎬ非稳态项的数值先逐渐增大后逐渐减小ꎮ其中ꎬ对流项对各组分浓度的影响近似先逐渐增大再逐渐减小ꎻ扩散项对各组分浓度的影响经过两次先增加再减小后趋于０ꎬ这与图１０中Ｔ/ＮＴＩ层内各组分浓度梯度先逐渐增大后逐渐减小一致ꎮ此外ꎬ在无旋边界处各组分非稳态项的条件平均统计值基本为０ꎬ这表明无旋边界处各组分浓度基本不随时间发生变化ꎮ３ 结论本文利用ＯｐｅｎＦＯＡＭ中的ｌａｍｉｎａｒ模型ꎬ针对ΓＡ０/ΓＢ０＝１时发生二级非平衡基元反应的平面反应性射流ꎬ对Ｔ/ＮＴＩ层附近因化学反应和标量输运导致的各组分产生㊁消耗㊁输运和混合进行了分析研究ꎬ结论如下:１)在整个流场中ꎬ各组分的瞬时非稳态项Ａｔα和瞬时对流项ＡＴα的数值之间几乎呈对称分布ꎬ扩散项ＤＴα和化学反应源项ＳＴα数值较小ꎬ对流项ＡＴα在湍流区域对标量输运的影响占主导地位ꎮ２)流场中的化学反应在上游处较为剧烈且沿着流向逐渐减弱ꎬ在上游区域Ｔ/ＮＴＩ层内及其附近均存在显著的化学反应ꎬ而下游主要发生在远离Ｔ/ＮＴＩ层的湍流核心区ꎮ３)反应物Ａ和生成物Ｒ的输运机制在Ｔ/ＮＴＩ层附近呈现出类似但相反的趋势ꎬ在Ｔ/ＮＴＩ层的无旋边界附近ꎬ反应物Ａ和生成物Ｒ的输运主要由扩散和对流作用共同影响ꎬ其中对流作用在上游时产生的影响更大ꎬ扩散作用在下游的影响更大ꎬ但它们的浓度在无旋边界附近基本不随时间发生变化ꎬ而在Ｔ/ＮＴＩ层内和湍流核心区域它们的输运主要受对流作用影响ꎮ在Ｔ/ＮＴＩ层内反应物Ｂ的输运主要受对流作用影响ꎬ且ＴＮＴＩ附近的流动阻碍９。
射流流量计的原理与应用
射 流流量计 的原理 与应 用
王 力 勇 王 兴 才 ０ ，
ｆ Ｉ暗尔滨市质量技术监督局开发匠技术检测中心 ， 龙江 暗尔滨 黑 ２ 哈 滨 市锅炉广有限责任公 司 机械动 力处 ，黑龙江 哈尔滨 １ｏ ９ ５ｏ￣ １ ０４ ） ０６ ５
［ 要 】文章介绍 了射流流量 计的工作原 理 工作 特点 以厦与其它 流量计相 比的优点 和使用射 流流量计 砬注 意的问 摘 题 ：特别适宜 恶劣环境下 工作。
射流流量计是 ６ ０年代末研制成功 ，并在 ７ Ｏ年 代迅速发展起 来的一种新 型流量计 ，并在有关部 门 得到了较 为广泛 的应 用，其原 因主要是 由于它是具
有许多独特 的突出优 点，是其它类型的流量计所不 具备 的。
１ 射流流 量计 的工作原 理
１ 主喷嘴 ． ２ 劈距 ３ 位盖 ４ 反馈道宽 ５ 反馈 喷嘴宽
该流量计在壳体内设置两块侧壁面当流体由喷咀形成一条射流时并从左面进人作用腔由于附壁效应流速可随意地依附两个渐扩的侧壁面中的任何个把来自侧壁面的一小股流柬被转向到反馈腔从控制喷口返回作用腔中的主射流至最大值时是一个完整的循环工作过程而且影响着主射流使其偏向另一个侧壁面开始了另一个反馈循环该流量计振动流体的频率与体积流量成线性关系
增大 而减少
流量计具有对低流速的气体也较敏感的优点 ．克服 了 传统的流 量仪表对低 于 １ ／ 的气体 难于计量 的问 ｍｓ
［ 收稿 日期］２ ０ —０ —０ ０１ ８ ４ 【 作者简介 】 王力 勇 （９ ４一） １７ ，男 ，山东平 邑县人 ，工程师 ，毕业于哈尔滨工业 大学 ，从事计量技术工作 。
围 １ 射流藏■计结构原理
射 流流量 计 是利用 其特殊 结构 的通 道 ，产 生和管 内流体 平均 流速 成正 比的局部 振动频 率 ，频率 信号可 用传感 器检测 出 ，从而得 出流量 的累积值 。
高压射流原理
高压射流原理高压射流是一种在工业和科学领域中广泛应用的技术，它具有高速、高能量密度和高冲击力的特点，被广泛应用于切割、清洗、喷涂、研磨等工艺中。
在高压射流技术中，射流的速度和密度是关键参数，而其原理主要涉及流体力学、热力学和动力学等多个领域的知识。
本文将介绍高压射流的基本原理和应用。
高压射流是通过将流体（通常是水或气体）加压后，通过喷嘴或喷嘴组件产生高速射流的一种技术。
在高压射流技术中，流体经过高压泵加压后，进入喷嘴，由于喷嘴的设计和流体的速度增加，流体的压力和速度都会增加，最终形成高速、高密度的射流。
这种高压射流具有很强的冲击力和切割能力，可以用于切割金属、混凝土和其他材料，清洗表面，喷涂涂层等多种应用。
高压射流的原理主要涉及流体动力学和热力学的知识。
在流体动力学中，高压射流的形成和运动规律受到连续介质力学和动量守恒定律的影响。
流体在喷嘴中受到加速度和减压作用，从而形成高速射流。
在热力学中，高压射流的形成和能量转化受到热力学定律的影响，流体在喷嘴中的温度、压力和速度都会发生变化，从而产生高能量密度的射流。
高压射流技术具有广泛的应用价值。
在制造业中，高压射流被广泛应用于金属切割、清洗和喷涂等工艺中，可以提高生产效率和产品质量。
在建筑业中，高压射流可以用于混凝土切割、清洗和修复等工程中，可以提高工程施工的效率和质量。
在环保和资源利用方面，高压射流可以用于废水处理、废物清洗和资源回收等方面，可以减少环境污染和资源浪费。
总之，高压射流是一种重要的技术，在工业和科学领域中具有广泛的应用前景。
通过深入研究高压射流的原理和应用，可以更好地发挥其作用，提高生产效率和资源利用效率，促进工业和科学的发展。
希望本文能够对高压射流技术有所了解，并为相关领域的研究和应用提供一定的参考价值。
第九章紊流射流
在日常生活和工程实际中，会遇到许多射流问题，如冶金工程中的高炉喷吹燃料、转炉 吹氧、火焰炉内各种燃料通过烧嘴喷射燃烧等；又如通风空调工程中通过风口的送风等，都 属于射流问题。所谓射流是指：流体经由孔口或管嘴喷射到一个足够大的空间后，不再受边 壁的限制而继续扩散流动，这种流动则称为射流。射流按不同的分类方法，可分为不同的类 型。如：
(9－3)
u
=
[1
−
(
y
)
3 2
]2
um
B
(9－4)
对于自由射流的起始段，射流边界层内的速度分布规律也有类似的结果(包括轴对称射流 和平面射流)，即
u
=
[1
−
(
y
)
3 2
]2
u0
b
(9－5)
式中：u0 为射流核心速度，即喷口速度，b 为射流边界层的厚度，y 为流体质点至内边界的 距离，u 为流体质点的速度。
R0
R0
R0
2．中心速度 um 沿程的变化 根据射流各截面动量守恒的特征，由式(9－2)得
前面曾指出，紊流射流的外边界为一条直线，这是从统计平均意义上来说的。实际上，
在射流的外边界处是由射流内部的紊流涡团与周围流体介质交错组成的具有间歇性的不规
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则流动，射流流体与周围流体介质之间的分界线是很难分辩清楚的。因此，测量射流的实际 边界是很困难的。工程上应用射流技术时，常常以射流的某一有效速度层作为边界，这一射 流的有效速度边界称为射流的有效边界。对于不同的工程领域，有效边界选取的数值是不同 的，它是根据特定条件下工程需要确定的。随着射流的有效边界选定的流速不同，射流的截 面有效半径和扩张角也不一样，如以 0.5um、0.1um 及 0.01um 的速度边界作为射流的有效边界， 其有效半径和扩张角是不相同的。提出有效边界的概念，有利于把射流的研究与应用技术密 切地结合起来。
水射流在空气中的射流结构
水射流在空气中的射流结构分为以下三个阶段：
1. 初始段：在此阶段，射流保持着喷嘴出口速度，内部紧密而不发散，形成一段等速区域。
射流核心区在此阶段形成，且射流速度在射流核各个截面上保持一致。
2. 基本段：此阶段处于初始段和消散段中间，射流与空气的相互作用过程增加，边界层位
置处射流扩散现象显著。
射流速度与动压力呈现出衰减趋势，但射流内部仍能保持紧密，射流形状基本完整。
3.消散段：此阶段在射流基本段之后，射流发生进一步扩散，边界层外部射流破碎为液滴，
射流内部也逐步由紧密结构分散为水团。
2003266[1]气体射流(向)
![2003266[1]气体射流(向)](https://img.taocdn.com/s3/m/caed35ed81c758f5f61f673a.png)
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引 言
多年的研究表明，射流的初始出流条件，如喷 口形状、初始湍流强度等，对湍流射流流场中拟序 结构 的 生 成、 发 展 过 程 具 有 重 要 的 影 响． 如
［］ 对更多．如 Ｓ ｆ ｏ ｒ ｚ ａ 等 ２ 最早用皮托管对矩形射流
［］ Ｓ ｃ ｈ ａ ｄ ｏ ｗ 等 １ 对三角形喷口射流进行实验研究后认 为，尖角的存在使得流场因喷嘴处流速和压力不再
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研究论文
矩形喷嘴射流近喷口流场的大涡模拟
金晗辉１ 许跃敏２ 樊建人１ 童水光２ 岑可法１
（ 浙江大学机械与能源工程学院１；材料与化学工程学院２，浙江 杭州 ３ ） １ ０ ０ ２ ７
·１ ２ ４ ４·
化 工 学 报
２ ０ ０ ４年 ８月
对不同宽高比和喷嘴几何形状的矩形射流用热线仪 对平均流速和温度分布情况进行测量研究，之后还
［，］ 对湍流脉动量进行了测量．Ｔ ｓ ｕ ｔ ｈ ｉ ａ等 ７８ 对小宽 ｙ
中的 Ｐ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｌ混 合 长 度 模 型 相 类 似 的 方 法 定 义 涡 黏性
５卷 第 ８期 第５ ０ ０ ４年 ８月 ２
ｏ ｌ ． ５ ５ ８ 化 工 学 报 Ｖ № ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｄ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｕ ｕ ｓ ｔ ２ ０ ０ ４ Ｃ Ｅ （ Ａ ｙ ｇ ｇ ｇ
１ 数学模型
射流器工作原理(一)2024
射流器工作原理（一）引言：射流器作为一种常见的工业设备，广泛应用于化工、制药、环保等领域。
它通过射流原理实现气体、液体、固体等物质的输送、混合、加热等功能。
本文将深入探讨射流器的工作原理，从工作原理概述、物理机制、应用范围等方面进行详细阐述。
正文：1. 射流器的基本原理- 射流器是一种利用高速流体对物质进行输送和处理的装置。
- 射流器利用高速流体的动能将待处理物质带入射流，并通过束流的能量转移来实现混合、加热、喷雾等功能。
- 射流器具有简单结构、高效能、操作灵活等优点，广泛应用于各个工业领域。
2. 射流器的物理机制- 射流器工作的物理机制主要包括动量传递、质量转移和能量传递等关键过程。
- 动量传递：高速流体通过喷嘴的缩颈区域，产生速度的增加和静压的降低，从而将动能传递给待处理物质。
- 质量转移：射流带走了周围环境中固体、液体或气体的物质，实现了物质输送和混合的功能。
- 能量传递：通过高速流体的冲击和摩擦，射流器可以实现物质的加热和气化等处理过程。
3. 射流器的应用范围- 化工领域：射流器在化工生产中广泛应用于液体的喷雾、气体的吸引和排放、固体的混合和输送等工艺过程。
- 制药领域：射流器可以实现制药原料的粉碎、混合以及药物的喷雾、干燥等工艺要求。
- 环保领域：射流器可以用于大气污染控制、废气净化和废水处理等方面，具有较高的处理效率和灵活的操作方式。
4. 射流器的结构与设计- 射流器一般包括喷嘴、缩颈区、扩散段和反射段等组成部分。
- 喷嘴的设计要考虑喷嘴出口直径、角度和形状等因素，以实现流体速度的增加和动能的转化。
- 缩颈区的设计要合理选取长度和直径，以实现流体速度的最大增加和压力的最大降低。
- 扩散段和反射段可以通过形状和结构的设计，实现流体动能的传递和物质处理的效果优化。
5. 射流器的性能评价和优化- 射流器性能的评价指标包括喷射速度、混合效率、物质分散度等方面，可以通过实验和模拟方法进行评估。
射流器原理
射流器原理射流器是一种利用流体动能将物质进行输送或混合的装置。
它广泛应用于化工、冶金、环保等领域，是一种非常重要的流体机械设备。
射流器的工作原理主要基于流体动能的转换和流体动量守恒定律。
下面我们将详细介绍射流器的工作原理。
首先，我们来看一下射流器的结构。
射流器通常由进口管道、喷嘴、混合室和出口管道组成。
流体从进口管道进入射流器，经过喷嘴的收缩加速后，进入混合室与外部流体混合，最终从出口管道排出。
喷嘴是射流器中最关键的部件，它能够将流体的动能转换为动量，从而实现流体的加速。
射流器的工作原理可以用质量守恒定律和动量守恒定律来解释。
根据质量守恒定律，流体在进入和离开射流器时，其质量流量保持不变。
根据动量守恒定律，流体在喷嘴中加速后，将产生一个反向的动量，从而产生一个推力，推动混合室中的流体混合并排出。
这就是射流器的基本工作原理。
射流器的工作原理还与喷嘴的结构和流体的性质密切相关。
喷嘴的形状和尺寸会影响流体的加速效果，而流体的密度和粘度也会影响射流器的工作效果。
因此，在设计和选择射流器时，需要充分考虑流体的性质和工作条件，以确保射流器能够正常工作并达到预期的效果。
除了基本的工作原理外，射流器还有许多衍生应用。
例如，在化工领域，射流器常用于搅拌、混合和均质化反应物，提高反应效率；在环保领域，射流器常用于气体吸收和废气处理，净化环境。
射流器的工作原理和应用已经成为流体机械领域中的重要研究课题。
总之，射流器是一种利用流体动能进行物质输送和混合的重要装置，其工作原理基于流体动能的转换和动量守恒定律。
在实际应用中，需要充分考虑喷嘴结构、流体性质和工作条件，以确保射流器能够正常工作并发挥预期的效果。
射流器的工作原理和应用已经得到广泛研究和应用，为流体机械领域的发展做出了重要贡献。
社会射流的词解
社会射流的词解1. 社会射流？嘿，这听起来可有点玄乎呢。
其实啊，就像是社会中的一股力量流，把不同的人朝着不同方向冲。
比如说在一个大公司里，那些有创新想法的年轻人就像是一股射流，他们冲劲十足，想要改变公司的一些老套做法。
2. 社会射流啊，我觉着它有点像水流。
你看啊，在社会这个大池子里面，有些人或者群体就形成了快速流动的力量。
像那些街头艺术家，他们自成一股射流，在城市的角落里创造独特的文化，不被传统的艺术规则所束缚。
3. 社会射流，你可别小瞧这个词。
这就好比一群候鸟，有自己的方向和节奏。
那些环保主义者们，他们就是社会射流中的一股，为了地球的环境到处奔走，呼吁大家爱护自然，他们的力量在社会中穿梭，影响着很多人呢。
4. 啥是社会射流？我想这就像一阵风。
你站在大街上，能感觉到风从不同方向吹来。
社会中的志愿者们就是这样一股射流，他们吹到需要帮助的地方，给贫困地区的孩子们送去知识，给孤寡老人带去温暖。
5. 社会射流这个概念挺有趣的。
它像一场突然兴起的潮流。
你看那些玩极限运动的人，他们就是一股射流。
他们在城市的高楼大厦间玩滑板、跑酷，充满了冒险精神，这种精神在社会里蔓延开来，吸引了不少年轻人呢。
6. 社会射流呀，就像夜空中的流星划过。
那些创业者们就是这样一股射流，他们带着自己的梦想和计划，快速地在商业社会中穿梭，试图开辟出一条新的道路，哪怕过程中会像流星燃烧一样面临各种困难。
7. 你知道社会射流吗？我觉得它就像火车的轨道。
社会里的各个行业就像火车沿着轨道前行。
那些新兴行业的从业者们就是新的射流，像互联网行业的人员，他们在自己的轨道上快速发展，改变着整个社会的运作方式。
8. 社会射流？这让我想到了马群奔跑。
在社会中，那些热衷于公益慈善的人就是一股射流。
他们像马群一样，目标明确，带着爱心和物资奔赴那些受灾地区或者贫困地区，所到之处都带去希望。
9. 社会射流到底是什么呢？就好比是一场接力赛中的选手。
不同的社会群体就像不同棒次的选手。
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第6章射流
6.2 旋转射流
主段（基本段）
转折截面：射流中心一点还保持为初始速度v 0的射流截面。
⑴ 初始段：喷口截面到转折截面之间。
特点：射流中心速度等于v 0，0v v =中。
⑵主段（基本段）：转折截面以后的区域。
⑶ 射流核心区：具有初始速度v 0的区域。
⑷ 射流极点：射流外边界线逆向延长的交点O （射流源），张角为18o ~26o 。
特点：x ↑，v 中↓，为射流边界层所占据。
6.1 自由射流
6.1 自由射流
6.2 旋转射流
⒈ 旋转射流的特性
⑴ 存在一个回流区
在轴心处v x <0，回流区边界上v x = 0，回流区边界与射流边界（v x = 0）之间v x 有一最大值v max ，
x ↑，v max ↓，v x 分布趋于平坦均匀，回流区变小直到消失。
6.2 旋转射流
6.2 旋转射流
202
νρp p p a −=
6.2 旋转射流
⒉旋流强度6.2 旋转射流
回流区速度场
旋流器效率
6.2 旋转射流
6.2 旋转射流
② 对回流区的影响
S ↑，回流区尺寸↑，稳定火焰和改善气流间混合的手段。
6.2 旋转射流
6.2 旋转射流
小结
⒈掌握自由射流的定义、形成条件、基本特点。
⒉掌握旋转射流的定义、形成条件、基本特点。
⒊了解旋流强度对气流结构的影响。
二、本课的重点、难点
重点：射流的特征。
难点：旋流强度对气流结构影响的实际应用。
三、作业
习题P
6-9 6-10
90
思考题：旋流强度对气流结构有何影响？有何实际意义？
本章小结
主要内容：射流定义及分类，自由射流，旋转射流，半限制射流，射流的相互作用。
重点：自由射流，旋转射流。
难点：射流的相互作用。
基本要求：掌握自由射流、旋转射流的特性，理解
射流的相互作用。