流体力学第六章气体射流解析
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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。
+y
12
dy
R
R
M
¦Α r
y'
y
y
0
x
y'
-y
1
x0
s
2
x
射流计算式的推证
圆断面射流为例应用动量守恒原理截面
上动量流量为
Q0v0 r02v02
任意横截面上的动量流量则需积分
0Rv2ydyv0R2v2ydy
动量守恒式：
r02v02
b b0
2.44
as b0
0.41
段名 参数名称 轴心速度
主
流量
体 断面平均 流速
段 质量平均 流速
符号
vm
Q
圆断面射流
vm v0
as
0.48 0.147
d0
平面射流
vm 1.2
v0
as 0.41
b0
Q Q0
4.4
as d0
0.147
Q 1.2 Q0
as 0.41 b0
v1
v1 v0
Bn
1
(
v
)nd
0 vm
Cn
1
(
v
)n d
0 vm
rR02vvm 0 22B220.0464
v 3 .2 8 r m
0
v0
R
再将射流半径R沿程变化规律(6-1-2),(6-1-2a) 式代入,得:
vvm 0 as0.906.2594as0.04.81470a.9x6
r0
d0
说明了无因次轴心速度与无因次距离
R
(r R 0 )2 (v v m 0)2 2 0 1 (v v m )2R yd (R y ) 2 0 1 (v v m )2d 2 B 2
Bn和Cn值
n
1
1.5
2
2.5
3
Bn 0.0985 0.064 0.0464 0.0359 0.0286
Cn 0.3845 0.3065 0.2585 0.2256 0.2015
78o40'
29o30' 3 2 o1 0 '
4 1o 2 0 '
从表中数值可知,喷嘴上装置不同形式的风 板栅栏,则出口截面上气流的扰动紊乱程度不 同,因而紊流系数也就不同。扰动大的紊流系 数值增大，扩散角也增大。
由 tanKxK3.4a 可知：
x
a值确定，射流边界层的外边界线也就确定，射流 即按一定的扩散角向前作扩散运动，这就是它的 几何特征。应用这一特征，对圆断面射流可求 出射流半径射程的变化规律．
0.095 as 0.147
d0
v1 0.492
v0
as 0.41
b0
v2
v2 v0
as
0.23 0.147
d0
Hale Waihona Puke Baidu
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
注意几个符号的含义：
y,
y0.5vm,v,vm,v0,
yc yb
用半经验公式表示射流各横截面上的
无因次速度分布为： v [1 ( y )1.5]2
vm
R
y R
v (1 1.5 )2
vm
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。
因各面上所受静压强均相等，则x轴向外力 之和为零。
0.076 0.08 0.12 0.20
2
2 5 o2 0 ' 2 7 o1 0 '
29o00'
4 4 o3 0 ' 6 8 o3 0 '
紊流系数
喷嘴种类
带金属网格的轴流风机 收缩极好的平面喷口 平面壁上锐缘狭缝 具有导叶且加工磨圆边 口的风道上纵向缝
a
0.24 0.108 0.118
0.155
2
第六章 气体射流
气体自孔口、喷嘴或条缝向外喷射所形成的流动， 称为气体淹没射流，简称为气体射流。
当出口速度较大，流动呈紊流状态时，叫做紊流 射流。
在空调通风工程上所应用的射流，多为气体紊流 射流。
射流主要研究的是出流后的流速场、温度场和浓 度场。
射流分无限空间射流（自由射流）和有限空间射 流（受限射流）。
第一节 无限空间淹没紊流射流的特征
气流自半径为R 的圆断面喷嘴喷 M 出，出口断面上 的速度认为均匀 分布。
A α r0
D
X0
起始段
主体段
C
B
核心
R 0
边 E
Sn
S
界
层 F
X
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，形成向周围扩散的锥体状流 动场。
射流核心 边界层 过渡断面（转折断面） 起始段及主体段 扩散角（极角）
以直径表示
D6.8(as 0.147)
d
d0
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
由两图中可见：无论主体段或起始段内， 轴心速度最大，从轴心向边界层边缘，速 度逐渐减小至零。
距喷嘴距离越远，即x值增大，边界层厚度 越大，而轴心速度则越小，也就是说，随 着x的增大，速度分布曲线不断地扁平化了。
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
R2v2ydy
0
第二节 圆断面射流的运动分析
现根据紊流射流特征来研究圆断面射流的速度，
流量和射程的变化规律。
轴心速度
r02v02
R2v2ydy
0
用
R
2
v
2 m
除两端：
(r0)2(v0)221(v)2 yd(y)
R vm
0 vm R R
应用半经验公式代入：
v [1 ( y )1.5]2
vm
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
可得：
r R 0 x 0 x 0s 1 r 0/s tg 1 3 .4 a r s 0 3 .4 a r 0 s 0 .2 9 4
Q 又 r R 0x0/x r0 0 /r0 s/r01 x /0 t gs3 .4 a (x0s)3 .4 ax
x
成反比的规律．
断面流量 断面平均流速 质量平均流速 起始段核心长度及收缩角 起始段流量 起始段断面平均流速 起始段质量平均流速
射流参数的计算
段 名
参数名称
符号
圆断面射流
平面射流
主 扩散角
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
流速
1
2
v1 v0
1 1
0.76
as r0
1.32
6.8
as r0
11.56
as r0 as r0
2
1 0 .4 3 a s
+y
12
dy
R
R
M
¦Α r
y'
y
y
0
x
y'
-y
1
x0
s
2
x
射流计算式的推证
圆断面射流为例应用动量守恒原理截面
上动量流量为
Q0v0 r02v02
任意横截面上的动量流量则需积分
0Rv2ydyv0R2v2ydy
动量守恒式：
r02v02
b b0
2.44
as b0
0.41
段名 参数名称 轴心速度
主
流量
体 断面平均 流速
段 质量平均 流速
符号
vm
Q
圆断面射流
vm v0
as
0.48 0.147
d0
平面射流
vm 1.2
v0
as 0.41
b0
Q Q0
4.4
as d0
0.147
Q 1.2 Q0
as 0.41 b0
v1
v1 v0
Bn
1
(
v
)nd
0 vm
Cn
1
(
v
)n d
0 vm
rR02vvm 0 22B220.0464
v 3 .2 8 r m
0
v0
R
再将射流半径R沿程变化规律(6-1-2),(6-1-2a) 式代入,得:
vvm 0 as0.906.2594as0.04.81470a.9x6
r0
d0
说明了无因次轴心速度与无因次距离
R
(r R 0 )2 (v v m 0)2 2 0 1 (v v m )2R yd (R y ) 2 0 1 (v v m )2d 2 B 2
Bn和Cn值
n
1
1.5
2
2.5
3
Bn 0.0985 0.064 0.0464 0.0359 0.0286
Cn 0.3845 0.3065 0.2585 0.2256 0.2015
78o40'
29o30' 3 2 o1 0 '
4 1o 2 0 '
从表中数值可知,喷嘴上装置不同形式的风 板栅栏,则出口截面上气流的扰动紊乱程度不 同,因而紊流系数也就不同。扰动大的紊流系 数值增大，扩散角也增大。
由 tanKxK3.4a 可知：
x
a值确定，射流边界层的外边界线也就确定，射流 即按一定的扩散角向前作扩散运动，这就是它的 几何特征。应用这一特征，对圆断面射流可求 出射流半径射程的变化规律．
0.095 as 0.147
d0
v1 0.492
v0
as 0.41
b0
v2
v2 v0
as
0.23 0.147
d0
Hale Waihona Puke Baidu
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
注意几个符号的含义：
y,
y0.5vm,v,vm,v0,
yc yb
用半经验公式表示射流各横截面上的
无因次速度分布为： v [1 ( y )1.5]2
vm
R
y R
v (1 1.5 )2
vm
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。
因各面上所受静压强均相等，则x轴向外力 之和为零。
0.076 0.08 0.12 0.20
2
2 5 o2 0 ' 2 7 o1 0 '
29o00'
4 4 o3 0 ' 6 8 o3 0 '
紊流系数
喷嘴种类
带金属网格的轴流风机 收缩极好的平面喷口 平面壁上锐缘狭缝 具有导叶且加工磨圆边 口的风道上纵向缝
a
0.24 0.108 0.118
0.155
2
第六章 气体射流
气体自孔口、喷嘴或条缝向外喷射所形成的流动， 称为气体淹没射流，简称为气体射流。
当出口速度较大，流动呈紊流状态时，叫做紊流 射流。
在空调通风工程上所应用的射流，多为气体紊流 射流。
射流主要研究的是出流后的流速场、温度场和浓 度场。
射流分无限空间射流（自由射流）和有限空间射 流（受限射流）。
第一节 无限空间淹没紊流射流的特征
气流自半径为R 的圆断面喷嘴喷 M 出，出口断面上 的速度认为均匀 分布。
A α r0
D
X0
起始段
主体段
C
B
核心
R 0
边 E
Sn
S
界
层 F
X
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，形成向周围扩散的锥体状流 动场。
射流核心 边界层 过渡断面（转折断面） 起始段及主体段 扩散角（极角）
以直径表示
D6.8(as 0.147)
d
d0
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
由两图中可见：无论主体段或起始段内， 轴心速度最大，从轴心向边界层边缘，速 度逐渐减小至零。
距喷嘴距离越远，即x值增大，边界层厚度 越大，而轴心速度则越小，也就是说，随 着x的增大，速度分布曲线不断地扁平化了。
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
R2v2ydy
0
第二节 圆断面射流的运动分析
现根据紊流射流特征来研究圆断面射流的速度，
流量和射程的变化规律。
轴心速度
r02v02
R2v2ydy
0
用
R
2
v
2 m
除两端：
(r0)2(v0)221(v)2 yd(y)
R vm
0 vm R R
应用半经验公式代入：
v [1 ( y )1.5]2
vm
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
可得：
r R 0 x 0 x 0s 1 r 0/s tg 1 3 .4 a r s 0 3 .4 a r 0 s 0 .2 9 4
Q 又 r R 0x0/x r0 0 /r0 s/r01 x /0 t gs3 .4 a (x0s)3 .4 ax
x
成反比的规律．
断面流量 断面平均流速 质量平均流速 起始段核心长度及收缩角 起始段流量 起始段断面平均流速 起始段质量平均流速
射流参数的计算
段 名
参数名称
符号
圆断面射流
平面射流
主 扩散角
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
流速
1
2
v1 v0
1 1
0.76
as r0
1.32
6.8
as r0
11.56
as r0 as r0
2
1 0 .4 3 a s