第六章-气体射流演示教学

§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
一、射流场的形成与结构 2、射流场的结构
射流核心：图所示AOD部分， 该部分气体还未与外界发生交换。
边界层：AOD以外的部分，速 度小于核心区，又分为内边界层 和外边界层。
过渡断面：即BOE断面，该断 面以外核心区消失。
起始段：过渡断面以内，轴心 速度均为u0。 主体段：过渡断面以外。 射流半径R：任意断面轴线到外 边界的距离。
0
Q0
d02
0.554 3.140.32
7.78m5/s
4
从而由主体段计算公式得
ma0 s.4800.0 8 2 0 ..1 48 7.78 5.5 2m 8/s5
0.147
0.147
d0
0.3
1a0.s095 00.0 8 0 2 ..0 1957.78 1.5 0m 4/s6
0.147
0.147
在采暖通风空调工程中，常采用冷风降温，热风采 暖，此时为温差射流，而将有害气体或灰尘浓度降低的 射流为浓差射流。
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
基本概念
射流：流体经孔口或管嘴流出，流入另一部分流体介质中的现象。 射流的分类：
1、依照流体的种类，有气体射流和液体射流。 2、依照射流条件，有淹没射流和自由射流。 3、依照出流空间对射流是否有影响，有无限空间射流和
有限空间射流。 4、依照射流流态，有层流射流和紊流射流。 5、依照喷口形状，有圆形射流、矩形射流和条缝射流。
d0
v2 = 0.23 v 0 a s + 0 .1 4 7
d0
§6.2 圆断面射流的运动分析
二、 起始段
1. 核心区长度 s n 的计算
1 m 0
0.48 as 0.147
d0
sn
0.671r0 a
2. 核心收缩角
tg r0 1.49a
sn
【例】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vm、断面平均速度v1、质量
如矩形喷口长短边之比不大于3：1时，矩形射流可以 迅速发展成圆形射流；当大于10：1时，为条缝射流， 即平面射流。
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
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，简称为气体射流。
射流与孔口管嘴出流的研究对象不同。前者讨论的是 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。
与管道流动一样，气体射流也有层流射流与紊流射流 之分。工程上的流动，多为紊流射流。
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，又称自由射流。反之，为有限空间射流， 又称受限射流。
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
一、射流场的形成与结构 1、射流场的形成
由于射流为紊流，横 向脉动导致与周围气体 发生动量交换，从而把 相邻的静止液体卷吸进 来，随着流程的增加， 射流过流断面不断加大， 流量不断增加。
轴心速度 v m :
由式
0R2v2ydyr0v02
两端同除以
R
v
2 m
vm = 0.48 = 0.96 v0 as +0.147 ax
d0
§6.2 圆断面射流的运动分析
一、主体段
断面流量 Q : 断面平均流速 v 1 :
质量平均流速 v 2 :
Q Q0
=4.4
as d0
+0.147
v1 = 0 . 0 9 5 v 0 a s + 0 .1 4 7
v vm
1R y1.52
11.52
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
二、射流场的特征 3.动力特征 实验证明，整个射
流范围内，任意一点 的压强等于周围静止 气体的压强，则易知 沿轴向任意断面间的 动量守恒，即：
0 R2 2yd yQ 0 0r0 2 0 2
§6.2 圆断面射流的运动分析
一、主体段
二、射流场的特征
1.几何特征
R= r0
x= x0
x0 s =1+ x0
s x0
1+
s
r0
1+ 3 .4 a s r0
tan
3 .4
as r0
0 .2 9 4
或
D d0
6.8da0s0.147
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
二、射流场的特征
2.运动特征 射流各断面的半径和流量随射程 增大而增大，而流速逐渐减小；主 体段内，轴心速度逐渐减小，流速 分布图逐渐扁平化，大量实验证明， 各射流断面的无因次速度与无因次 距离具有相似性，即：
平面射流特征： 喷口高度以 2b0（ b0半高度）表示。 而几何、运动、动力特征则完全与圆断面射流相似。
结论： 和圆断面射流相比，流量沿程的增加、流速沿程的衰
减都要慢些。这是因为运动的扩散被限定在垂直于条缝长 度的平面上的缘故。
§6.3 平面射流
射流参数计算：
§6.4 温差射流与浓差射流
前面研究的射流与周围气体温度和密度相同，因而 射流轴线与喷口流速的方向相同，为一直线，称为等温 射流。
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
二、射流场的特征 1.几何特征 射流外边界呈直线扩散，两条直
线的交点M为极点，两条直线夹角
的一半 称为极角或扩散角。
极角与紊流强度和喷口断面形状 有关。
tga 3 2..4 4a 4圆 a条 形 形 喷 喷 口 口
—形状系数；
a—紊流系数。
§6.1 2.134 07 0.0 8 2 0..1 20 3 .14 7.7 78 2.5 5m 3/s3
d0
0.3
分析：由计算可知主体段内的轴心速度vm小于核心速度v0； 比较v1、v2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。
§6.3 平面射流
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。
平均速度v2，并进行比较。 【解】查表得a=0.08。
先求核心长度 s n
sn0.67 r a 0 20.67 0 0 2 ..0 1 8 51.2m 6 sn s2.1m，所求截面在主体段内 。
R 3 .4 a r0 s 0 .2 9 r0 3 4 .4 0 .0 0 .1 2 8 .1 5 0 .2 9 0 .1 4 5 0 .7m 21