工程流体力学第六章 气体射流

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 减小到零。同时还可以看到，距离喷 嘴越远（即x值增大），边界层厚度 越大，轴心速度则越小，也即，随着 x的增大，速度分布曲线越来越趋于 扁平化。
× x=0.6m x=0.8m x=1.0m x=1.2m x=1.4m
射流的主体段内各断面上的速度分布是相似的这就是射流的运动特征。
旋风除源自文库器
(1) 自由扩展段： 固体边壁尚未影响射流边界的扩展，各运动参数与自由射流规律相 同，计算也可用自由射流公式。
(2) 有限扩张段： 边界层扩展受到影响，周围气体被卷吸作用开始减弱，射流半径和流 量的增加速率逐渐减慢，射流中心速度减小的速率也变慢些。总的趋 势还是半径、流量在逐渐增加。
(3) 收缩段： 射流主体流量、回流流量、回流平均流速等都逐渐减小，直到射 流主体流量减小到零。
第六章 气体射流
气体射流：气体自孔口、管嘴或条缝向外喷射所形成的流动，这样的流动称为气 体淹没射流，简称为气体射流。
湍流射流：当气流出口速度较大，流动呈现湍流状态时，又称为湍流射流。 自由射流 ：出流到无限大空间时，流动不受固体边壁的制约，称为无限空间射
流，又称自由射流。反之，为有限空间射流，又称受限射流。
几何特征： tg Kx K 3.4a x
K—试验系数，对圆断面射流K＝3.4 a，平面射流K＝2.44 a； a—紊流系数，由实验决定，是表示射流流动结构的特征系数。
紊流系数a确定，射流边界层的外边界线确定了，射流即按一定的扩散角 向前
作扩散运动，形成圆锥形流场，这就是圆形喷嘴紊流射流的几何特征。
射流方向上各横截面上的动量守恒 2Q2v2 1Q1v1
平面射流，如空气幕等 平面射流的几何特征、运动特征、动力特征与圆断面射流相似。
二、有限空间射流
射流结构:右图所示
由于边壁限制了射流边界层的发展 扩散，射流的半径及流量不能一直 增加，而是增大到一定程度后又逐 渐减小，使流场边界线呈橄榄形。
本章简要介绍无限空间射流和有限空间射流
一、自由湍流射流
右图为射流结构示意图
自由湍流射流特征
起始段和主体段
射流边界层从出口沿射程不断向外扩散，带动周围介质进入边界层，同时边界层也向 射流中心扩展，至出口如图的BOE面处，边界层扩展到射流轴心线，核心区域消失。
起始段：出口断面至过渡断面之间的部分称为射流起始段 主体段：过渡断面以后称为射流主体段
射流各截面上的速度分布 ： v [1 ( y )1.5 ]2
vm
R
断面运动分析
(1) 断面流量Q：
as
as
Q 2.2( r0
0：.294)Q0
4.4( d0
0.147)Q0
(2) 轴心流速 vm ：
vm

0.965 as 0.294 v0

as
0.48 v0
0.147
射流旋涡中心断面，各运动参数发生了根本转折，流线开始越出边界 层产生回流。射流主体流量开始沿程减小。
(4) 贴附射流： 射流主体段贴附于顶棚上，而回流区全部集中于射流主体下部与地面之 间。
(5) 回流区风速v：
v F 0.177(10x )e10.7x 37x2 v0 d0 当房间长度大于射流长度时，在射流橄榄形结构的后面将出现末端涡 流区。如下图所示：注意涡旋转方向。
由上述示意图可得：
R

r0 x0
(x0

s)

r0 (1
s x0
)

r0 (1
r0
s / tg
)

r0 (1
tg
s r0
)

r0 (1
3.4a
s r0
)
as
3.4( r0
0.294)r0
紊流射流主体段射流半径与射程有关，正比于由极点算起的射程距离。
主要研究主体段
运动特征：
右图为主体段速度分布
r0
d0
(3) 断面平均流速v1 ：
v1

Q A

as
0.19 0.294
v0

0.095 as 0.147
v0
r0
d0
(4) 质量平均流速 v2 ：
Q 0.4545
0.23
v2

A

as
v0 0.294

as
v0 0.147
r0
d0
动力特征：
流场任意点静压强等于周围气体压强，即当地大气压。
动力特征
(1) 射流内部的压强是变化的，随射程的增大而增大，直至端头 末尾压强最大，达到稳定后数值比周围环境大气压强稍高一点。
(2) 射流中各横截面上的动量不再守恒，沿程逐渐减小，在第二 临界断面后，动量很快减小以至消失。
旋转射流
气体本身一面旋转，一面向周围介质中扩散前进， 其特征与自由射流和有限空间射流大不相同。