第六章-气体射流要点上课讲义
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3.按射流流体在充满静止流体的空间内扩散流动 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。
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。
由于工程上常见的射流一般都是紊流射流，所以 本章主要讨论紊流射流的特征和机理。
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征 §6.2 圆断面射流的运动分析 §6.3 平面射流 §6.4 温差射流与浓差射流 §6.6 有限空间射流
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
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。
（一）射流场的形成与结构
--极角或扩散角
速度为u0的 部分称为核 心区；其余 部分称为边 界层。
过度断面：只 有轴心速度为 u0的断面。
图6-1 自由射流的流场结构特征
起始段
主体段
y
射流 极点
转折截面
喷管 出口
v0
r0
射流核 心区
x0
Sn
v0 内边界面
S
x
射流边界层
R 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。
影响射流的扩张半径R主要因素有两个。一个是射流出口断面 上气流的紊流强度a，紊流强度a的大小用紊流系数表示。紊 流系数是表征射流流动结构的特征系数。 a值越大，表明紊流 强度越大，其与周围介质混合的能力就越强，周围被带动的 介质就越多，射流的扩展就越大。
d0
sn
0.671r0 a
tg r0 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、
a —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。
（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
m
1
y
1.5
2
R
11.5 2
（四）射流场的动力特征
x方向外力的合力为零，动量守恒----射流的动力学 特征
r0
r0
D d0
6.8da0s0.147
tg K a 3 2 ..4 4 a a 4 圆平断面面射射流流
a----紊（湍）流系数
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。
—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。
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。
2.射流的运动特性：射流的速度分布规律反映出射流
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
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 气液固多相射流等。
VAV末端
P
温控器
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 进行动量交换，从而把周围的静止气体卷吸到射 流中来，使得射流的流量和过流断面沿程不断增 大，从而扩大圆锥状的结构。
Q 0
r0
d0
三.断面平均速度 1
10＝as0.01.2994a0s＋ .00.9154＝ 70a.1－ x9
r0
d0
四.质量平均流速 2
2 0.147 ax
r0
d0
五、起始段核心区长度 s n 的计算及核心收缩角
＝＞
1 m 0.48 0 as 0.147
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。
射流计算见表6-2
▪ （二）射流场的几何特征及紊流系数a
R r 0 ＝ x x 0 ＝ x 0 x 0s＝ 1 ＋ sx 0 1 3 .4 a r s 0 3 .4 (a r 0 0 s.2)94
R3.4ax,x x
0 R22yd yQ 0 0r0 2 0 2
列动量守恒式：
r0202
R22ydy
0
§6.2 圆断面射流的运动分析
v (一)主体段轴心速度 m
vvm 0＝a0s.90.62594as＋ 0.40.184＝ 70a.9－ x6
r0
d0
二. 断面流量Q
Q2.2(a s0.29 )4 4.4(a s0.14 ) 7
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。
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。
由于工程上常见的射流一般都是紊流射流，所以 本章主要讨论紊流射流的特征和机理。
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征 §6.2 圆断面射流的运动分析 §6.3 平面射流 §6.4 温差射流与浓差射流 §6.6 有限空间射流
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
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。
（一）射流场的形成与结构
--极角或扩散角
速度为u0的 部分称为核 心区；其余 部分称为边 界层。
过度断面：只 有轴心速度为 u0的断面。
图6-1 自由射流的流场结构特征
起始段
主体段
y
射流 极点
转折截面
喷管 出口
v0
r0
射流核 心区
x0
Sn
v0 内边界面
S
x
射流边界层
R 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。
影响射流的扩张半径R主要因素有两个。一个是射流出口断面 上气流的紊流强度a，紊流强度a的大小用紊流系数表示。紊 流系数是表征射流流动结构的特征系数。 a值越大，表明紊流 强度越大，其与周围介质混合的能力就越强，周围被带动的 介质就越多，射流的扩展就越大。
d0
sn
0.671r0 a
tg r0 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、
a —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。
（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
m
1
y
1.5
2
R
11.5 2
（四）射流场的动力特征
x方向外力的合力为零，动量守恒----射流的动力学 特征
r0
r0
D d0
6.8da0s0.147
tg K a 3 2 ..4 4 a a 4 圆平断面面射射流流
a----紊（湍）流系数
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。
—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。
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。
2.射流的运动特性：射流的速度分布规律反映出射流
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
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 气液固多相射流等。
VAV末端
P
温控器
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 进行动量交换，从而把周围的静止气体卷吸到射 流中来，使得射流的流量和过流断面沿程不断增 大，从而扩大圆锥状的结构。
Q 0
r0
d0
三.断面平均速度 1
10＝as0.01.2994a0s＋ .00.9154＝ 70a.1－ x9
r0
d0
四.质量平均流速 2
2 0.147 ax
r0
d0
五、起始段核心区长度 s n 的计算及核心收缩角
＝＞
1 m 0.48 0 as 0.147
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。
射流计算见表6-2
▪ （二）射流场的几何特征及紊流系数a
R r 0 ＝ x x 0 ＝ x 0 x 0s＝ 1 ＋ sx 0 1 3 .4 a r s 0 3 .4 (a r 0 0 s.2)94
R3.4ax,x x
0 R22yd yQ 0 0r0 2 0 2
列动量守恒式：
r0202
R22ydy
0
§6.2 圆断面射流的运动分析
v (一)主体段轴心速度 m
vvm 0＝a0s.90.62594as＋ 0.40.184＝ 70a.9－ x6
r0
d0
二. 断面流量Q
Q2.2(a s0.29 )4 4.4(a s0.14 ) 7