第六章 气体射流要点

(1) 夏天向热车间吹送冷空气以降温；冬天向工作 区吹送热空气以取暖等属于温差射流的例子。
(2) 向含尘浓度高的车间吹送清洁空气以改善工作
环境；向高温火焰炉内喷吹燃料和助燃空气等属于浓 差射流的例子。
温差或浓差射流分析，主要 是研究温差或浓差场的分布规律， 同时讨论由温差或浓差引起的射 流弯曲的轴心轨迹。
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，简称气体射流。当出
口速度较大，流动呈现紊流状态时，叫做紊流射
流。 射流在水泵、蒸汽泵、通风机、化工设备和 喷气式飞机等许多技术领域得到广泛应用。
第六章
气体射流
射流与孔口管嘴出流的研究对象不同，射流
主要研究的是出流后的流速场、温度场和浓度场。 后者仅讨论出口断面的流速和流量。 出流空间大小，对射流的流动影响很大。出
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，又自由射流。反之为有限空间 射流
射流的分类方法：
1.按射流流体的流动状态不同，可分为层流射流 和紊流射流。一般按喷口直径和出口流速计算的雷诺 数大于30以后即为紊流射流。 2.按射流流体的流动速度大小不同，可分为亚音 速射流和超音速射流。
3.按射流流体在充满静止流体的空间内扩散流动
—湍流系数，由实验决定，是表示射流 流动结构的特征系数。 湍流系数与喷口断面的湍流强度 和速度分 布均匀性有关。
a
（三） 射流边界层的运动特征
图6-2 主体段速度分布图
图6-3 起始段速度分布
y 1 m R
1.5 2

1
(三)、射流轴线的弯曲
温差射流或浓差射流的密度与周围流体介质的密度不同， 致使作用于射流质点上的重力与浮力不平衡，造成整个射流 向上或向下弯曲，如图9-6所示。但这时整个射流仍可看作是 对称于轴线的，因此，只要了解射流轴线的弯曲情况，便可知 道整个射流的弯曲情况。一般热射流和含轻密度物质的射流 向上弯曲；而冷射流和含重密度物质的射流向下弯曲。
Q0 0.55 4 0 2 7.785m / s 2 d 0 3.14 0.3
从而由主体段计算公式得
m
0.48 as 0.147 d0 0 0.48 7.785 5.285m / s 0.08 2.1 0.147 0.3
0.095 0.095 1 0 7.785 1.046m / s as 0.08 2.1 0.147 0.147 d0 0.3
tg K a
a----紊（湍）流系数

3.4 a 圆断面射流 2.44 a 平面射流
取决于管嘴出口截面上流体的紊流度及速 度分布的均匀程度，管嘴出口处流体的紊 流度越大，流速分布越不均匀，a值越大。
—形状系数；
取决于管嘴 出口截面上 流体的紊流 度及速度分 布的均匀程 度，管嘴出 口处流体的 紊流度越大， 流速分布越 不均匀，a值 越大。
流的运动特性。许多学者通过大量实验，对不同断面上 的速度分布进行了测定，得到了射流的速度分布规律。
3.射流的动力特征：射流过流断面间的动量变化规律
为射流的动力特性。实验证明，射流中任意点上的压强 均等于周围气体的压强。
4.平面射流：仅在平面上扩张的射流为平面射流。从相
当长的条缝形射孔中射出的气体，只能在垂直于条缝长度 方向的平面上扩张运动，形成的就是平面射流。
2
0.23 as 0.147 d0
0
0.23 7.785 2.533m / s 0.08 2.1 0.147 0.3
分析：由计算可知主体段内的轴心速度 m 小于 核心速度 0 ；比较1 、 2 可以看出,用质量平均 速度代表使用区的流速要比断面平均流速更适 合。
【解】查表6-1，得 a =0.08。 先求核心长度
r0 0.15 s n 0.672 0.672 1.26m a 0.08 所求截面在主体段内 。
sn
as 0.08 2.1 R 3.4 0 . 294 r 3 . 4 0 . 294 0.15 0.721m r 0 0.15 0
r0 d0
五、起始段核心区长度 s n 的计算及核心收缩角
m 0.48 1 0 as 0.147
d0
＝＞
r0 sn 0.671 a
r0 tg 1.49a sn
【 例 题 6.3】 圆 射 流 以 Q0=0.55m3/s， 从 d0=0.3m管嘴流出。试求2.1m处射流半宽度R、 轴心速度 、断面平均速度 、质量平均速度 ， 1 m 2 并进行比较。
二. 断面流量 Q
Q as as 2.2( 0.294) 4.4( 0.147) Q0 r0 d0
三.断面平均速度
1 0.19 0.095 0.19 ＝ ＝ － 0 as 0.294 as ＋0.147 a x
r0
四.质量平均流速
1
2
d0
2 0.4545 0.23 0.4545 0 as 0.294 as 0.147 ax
同，射流主要研究的是出流后的流速场、
温度场和浓度场。后者仅讨论出口断面 的流速和流量。
P
温控器
VAV末端
扩散器的水力设计
假设气体从半径 r0 的圆形喷口喷出，由于讨 论的是湍流射流，所以气体在出口断面上的速度
分布是均匀的，设出口速度为 v0 ，气体从喷口喷
出后，由于湍流脉动，射流气体和周围气体不断
射流计算见表6-2
（二）射流场的几何特征及紊流系数a
R x x0 s s as s ＝ ＝ ＝ 1＋ 1 3.4a 3.4( 0.294) x0 r0 x0 x0 r0 r0
R x 3.4ax , x r0 r0
as D 6.8 0.147 d0 d 0
as ( 0.294) u ( 0.08 3.86 0.294) 3 R0 0.15 u0 15.5 m/s 0.455 0.455
喷口流量为
1 1 2 Q0 d 0 u 0 0.32 15.5 1.095 m 3 /s 4 2
§6.3 平面射流
的过程中，是否受到某固体边界的约束，可分为自由
射流、半限制射流和限制射流。
4.按射流流体在扩散流动过程中是否旋转，可分 为旋转射流和非旋转射流。 5.按射流管嘴出口截面形状不同，可分为圆形射 流 ( 又称轴对称射流 ) 、矩形射流、条缝射流 ( 可按平 面射流处理)、环状射流和同心射流等。 对于矩形射流，当长宽比小于 3 时，可按轴对称
射流考虑，当长宽比大于10时，按平面射流考虑。
6.按射流流体的流动方向与外界空间流体的流动
方向不同，可分为顺流射流、逆流射流和叉流射流。
7.按射流流体与外界空间内流体的温度及浓度不
同，可分为温差射流和浓差射流。
8.按射流流体内所携带的异相物质的不同，可分
为气液两相射流，气固两相射流和液固两相射流以及
气体从狭长隙缝中外射运动时，射流在 条缝长度方向几乎无扩散运动，只能在垂 直于条缝长度的各个平面上扩散运动，这 种流动可视为平面运动，故称平面射流
射流参数的计算见165页表6-3
§6.4 温差射流与浓差射流
定义：
当射流流体与周围空间介质之间存在着 温度差或浓度差,则这样的射流就称为温差射 流或浓差射流。 举例：
1.5
3. 热力学特征：在等压情况下，射流断面上相对焓值流 量不变。
Q
cTdQ C
（二）几个主要参数的计算公式 1. 轴心温差 Tm
Tm 0.35 T0 as 0.147 d0
2. 质量平均温差 T2
T2 Qc 相对焓值流量。
T2 0.23 T0 as 0.147 d0
温差射流或浓差射流的密度不仅沿程有变化，而且在同一
射流截面上的不同点也是不同的，要精确计算射流轴线的弯曲 轨迹比较复杂，我们采用近似的计算方法。
图6-7 射流轴线的弯曲
（三） 射流弯曲
取轴心线上的单位体积气体为研究对象, 只 考虑重力与浮力作用。
( e m ) g m j
d 2 y j dt dt 2 d y
（四）射流场的动力特征
1.5 2

x方向外力的合力为零，动量守恒----射流的动力学 特征

R
0
2 ydy Q00 r
2
2 2 0 0
列动量守恒式：
r 2 ydy
2 2 0 0 2 0
R
§6.2 圆断面射流的运动分析
(一)主体段轴心速度
vm
vm 0.965 0.48 0.96 ＝ ＝ － v0 as 0.294 as ＋0.147 a x r0 d0
主体段
转折截面 喷管 出口 射流 极点 v0 r0 内边界面 射流核 心区 v0 R
射流边界层

x
x0
Sn S
x 外边界面
等密度气体射流速度场示意图
基本概念
1.射流的几何特性：射流外边界扩张的变化规律称
为射流的几何特性。了解射流的几何特性主要是要了解射 流的扩张半径R与射程s的关系。所谓射程s就是射流断面 与射流出口的距离。
as R 3.4 R0 ( 0.294) 3.4a s R0 R0
所以，喷口至工作区的距离为
R R0 1.2 0.15 s 3.86 m 3.4a 3.4 0.08
射流起始段长度为
习 题 解 析
R0 0.15 sn 0.672 0.672 1.26 m 3.86 m a 0.08 说明工作区在射流主体段内。 (2) 由表9－1中主体段质量平均流速计算式，得喷口流速为