环境水力学-射流、羽流及浮射流PPT(共38页)

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– x>5.2B的范围内是流动主体段。该段的紊动已完 全透入射流核心区，流速和浓度分布都是自相似
的，可表示为
C u((xx,,yy))uCmm((xx))eexxpp[([(by)yb2])2],x5.2B
• 式中，um,Cm分别表示射流带轴线的流速和浓度值。 2b为射流带宽度；
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静水中平面射流紊动扩散
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2、平面淹没紊动射流
初始段
主体段
B C0 u0
b u y
um
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2、平面淹没紊动射流
– 通过试验观测可得平面淹没紊动射流的一般特性：
• 射流断面上的静止压力近似为常数且可假设等于外部 压力。
• 靠近排出口，x<5.2B的范围内是初始段。该段的紊动 扩散还未完全透入射流中心部分，形成中间的主流核 心区。在流动形成段内，射流带流速和浓度分布可表 示为
λ为浓度与速度宽度之比，一般为常数。
射流的横向尺度与纵向尺度相比是较小的，
b(x)<<x，并且，射流在横向上的扩展是线性的，
即射流边界扩展角度为常数。
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断面流速分布
• 射流轴线流速um沿程变化可据动量守恒得到，
将上式代入下式
M ud mu2dy
m
• 可得半经验公式：
um 2.28
C u((xx,,yy))uC00 y b
式中，b’为射流核心区的半宽度；u0为射流出口流速； C0为射流物质浓度。
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2、平面淹没紊动射流
• 在核心区以外
Cu((xx,,yy))uC00eexxpp[[((yy(b2bbb))2)22]]y b
• 式中，b’为核心区的宽度； b为射流扩散宽度； u为x方向的速度分量； λ为浓度与速度宽度之比，一般为常数。
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基本概念
• 分类
– 按射流周围环境边界条件来分：
• 自由射流：射流射入无限空间时，称为自由射流。 • 有限空间射流：射流射入有限空间时，称为非自由射
流。其中：
– 若射流是沿着固壁发展的，叫做附壁射流； – 沿水体自由水表面发展的，叫做表面射流。
– 按射流进入的流体介质来分：
• 淹没射流：射流射入性质一样的同种流体中。 • 非淹没射流
– 射流（Jet）：一股流体从几何尺寸远小于接纳 流体所占空间尺寸的喷口注入接纳流体，并与 之混合的流动状态，叫做射流。 实际问题多为 紊动射流。
– 羽流（Plume）：射流的初始动量很小，靠浮力 的作用使其混合，其扩散云团形似羽毛漂浮在 空中，故称羽流。如废水泄入含盐量大的海水； 废热水排入河流。
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– 另外：若喷口是一很长的狭缝，则可以处理成 平面射流；喷口是一圆孔，则为孔口射流。
– 喷口法线方向沿铅直向的射流，叫做铅直射流； 沿水平向的，叫做水平射流；与水平向呈一角 度的，叫做倾斜射流。
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2、平面淹没紊动射流
• 平面淹没紊动射流又称二维紊动射流
– 假设一个起始流速u0为的长孔紊动射流，长孔宽 度为B，浓度为C0的污染物射入同密度的静止环 境水体中，如图所示。
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• 流动主体段，x>6.2D
C u((xx,,rr))uCmm((xx))eexxpp[([(br)rb2])2],x6.2D
• 式中，Cm为轴心浓度，它与射流出口浓度有 如下关系。
Cm 5.49 d
C0
x
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静止均质环境淹没紊动射流主要特性表
参数 断面上最大流速um 断面上最大浓度Cm
射流半宽度b 轴线稀释度 断面平均稀释度 浓度分布与速度分 布宽度比λ 卷吸系数α
断面流速分布
断23.0面3.2浓022 度分布
二维平面射流
um 2.28 x 12
u0 Cm
B
2.34
x
12
C0
B
b0.15x4
1
Sm
0.43 x B
2 1
S q 0.62 x 2
q0
B
1.41
0.069
环境水力学
射流、羽流及浮射流
环境工程教研室 郑天柱
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射流、羽流及浮射流
1. 基本概念 2. 平面淹没紊动射流 3. 圆形淹没紊动射流 4. 静止液体中的浮力羽流 5. 静止均质及线性密度分层环境中圆形浮射流 6. 流动环境中的紊动射流
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1、基本概念
• 定义：
2b0 x
u0
• 断面流速分布公式：u2.282xb0u0ex p([by)2]
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断面浓度分布
• 同样，根据物质守恒原理，可得断面浓度分 布公式：
C2.342xb0C0ex p(b [y)2]
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3、圆断面紊动射流
• 二维紊动射流的许多试验特征也适用于圆形 孔口的射流情况 ：
– 浮射流（Buoyancy jet）：是兼受动量和浮力两 种作用而运动的射流。
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• 从水力学的观点来看，浮射流产生的稀释扩 散与环境水流被动的紊流扩散规律有一定的 差别。
– 因为后者的流速场与浓度场无关，并且许多问 题是与固体中热传导规律相似。浮射流排放问 题，则必须把流速场和浓度场耦合起来联立求 解。
u(x,y)umexp(by)2
C(x,y)Cmex p(yb)2
轴对称射流
um 6.2 D
u0
x
Cm 5.59 D
C0
x
b0.11x4
Sm
0.18 x D
S Q 0.32x
Q0
D
1.12
0.056
u(x,r)umexp(br)2
C(x,r)Cmexp(r1b7)2
4、静止环境水体中的浮射流
– 扩散厚度呈线性扩展；
– 静水压力近似为常数； – 对此种轴对称情况，主流核心区长度一般为
6.2D，D为圆孔直径；
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• 流速和浓度分布为
– 流动形成段，x<6.2D
Cu((xx,,yy))uC00ru((xx,,yy))uC00eexxpp[[ (r(b2bb)2)2]]r b 核心区以外
• 实际的扩散质排放出流是介于纯射流和纯羽 流之间，其密度佛汝德数Fd为有限值，这种 浮射流在排放口附近动量的影响占优势，而 在远离排放口的地方，出流的动能已经耗散， 于是完全混合的水流就像纯羽流一样了。
– 这里密度佛汝德数Fd定义为
Fd
u
a gL
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