流体力学-06气体射流学习资料

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经过这样整理使得出书中图6—3b。可以看到原来各截面不 同的速度分布曲线，经过这样变换均成为同一条无因次分布线。 这种同一性说明．射流各截面上速度分布的相似性。这就是射 流的运动特征。
用半经验公式表示射流各横截面上的无因次速度分布如下：
[1 (y)1 .5]2
m
R
（ 6 — 3 ）
AB 、 DE 延至喷嘴内交于 M 点，此点称为极点，AMD的 一半称为极角 ,又称扩散角 。
Bo为圆断面射流截面的半径 R（或平面射流边界层的
半宽度 yb ）。它和从极点起点算的距离成正比，即 Bo ＝
Kx 。
oM 是从极点起算的 x 距离。由图看出，Bo/oM =tan a ,
故 ta n K x K a = 3 .4 a x
紊流系数
表6—1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
喷嘴种类
2
喷嘴种类
2
带有收缩口的喷嘴
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
0 .066 0 .071 0 .076 0 .08 0 .12 0 .20
25 0 2 0 27 01 0
29000
44 0 3 0 68 0 3 0
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
令 y R
[11 .5]2 m
(— 63a)
由此得出 y/R 从轴心或核心边界到射流外边界的变化范围为
0 1。 /m 从轴心或核心边界到射流边界的变化范围为1 0。
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四、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。现取6-5中1-1、2-2所截的一段射流脱离体，分析其上 受力情况。因各面上所受静压强均相等，则 x 轴外力之和为 零。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。
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以圆断面射流为例应用动量守恒原理
出口截面上动量流量为 Q00r020，任意横截面上的 动量流量则需积分。
0R2ydy0R22ydy
列动量守恒式
r 0 20 20 R 2 2 y d y
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(6 -4 )
16
12
y
dy
R
M
R r
y
y
y
yx
y
12
x0
s
x
图 6-5 射流计算式的推证
边 界
E
s
x
C
层 F
图 6—1 射流结构
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一、过流断面（又称转折断面）起始段及主体段
刚喷出的射流速度仍然是均匀的。沿 x 方向流动，射流 不断代入周围介质，不仅使边界扩张，而且使射流主体的速
度逐渐降低，速度为 u0 的部分（如图其6—1 AoD 锥体）称为 射流核心，其余部分速度小于 u0 称为边界层。射流边界层从 出口开始沿射程不断地向外扩散，带动周围介质进入边界层，
同时向射流中心扩展，至某一距离处，边界层扩展到射流轴
心线，核心区域消失，只有轴心上速度为 u0 。射流这一断面 为图6—1上的 BoE ,称为过渡断面或转折断面。以过渡断面分 界，出口断面至过渡断面称为射流起始段。过渡断面以后称
为射流主体段。
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二、紊流系数 a 及几何特征
射流外边界层是一条直线，如图6—1上的 AB及 DE 线。
( 6 - 1 )
式中 K—试验常数；
—喷口形状系数，圆形喷嘴， ＝3.4；
a—紊流系数，由实验决定，是表示射流流动结构的
特征系数。
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紊流系数 a 与出口断面上紊流强度有关，紊流强度越大， a 值也大，使射流扩散角 a 增大，被带动的周围介质增多，射 流速度沿程下降加速。 a 还与射流出口断面上速度分布的均匀 性有关。各种不同形状喷嘴的紊流系数和扩散角的实测值列表 6—1。
D6.8(as 0.147)
d0
d0
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三、运动特征 大量实验研究表明，射流各截面上速度分布具有相似性。
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特留彼尔主体段内无因次距离与无因次速度的取法规定： 在上式中，0.5vm点表示速度为轴心速度的一半之处的点。 阿勃拉莫维奇整理起始段时，所用无因次量为
第六章 气体射流
§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 温差或浓差射流 §6–6 有限空间射流
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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。当出口速度较大，流动呈紊流状态，叫做紊流射 流。工程上所应用的射流，多为气体紊流射流。
具有导叶且加工磨圆边口 的风道上纵向缝
0 .24 0 .108 0 .118 0 .155
78 0 4 0 29 0 3 0 32 0 1 0 41 0 2 0
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由（6—1）式可知， a 值确定，射流边界层的外边界线 也就被确定，射流即按一定的扩散角 a 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 流半径沿射程的变化规律。
由于射流为紊流型，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，带动周围介质流动，使射 流的质量流量、射流的横断面积沿 x 方向不断增加，形成了 向周围扩散的锥体状流动场，如图6—1所示的锥体CAMDF。
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紊流射流的结构及特性。
起始段
主体段 B
A
M
核心
D
x0
s0
o
射流讨论的是出流后的流速场、温度场和浓度场。
射流到无限大空间中，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。
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§6-1 无限空间淹没紊流射流的特征
现以无限空间中圆断面紊流射流为例，讨论射流运动。
气流自半径为 R 的圆断面喷嘴喷出。出口断面上的速度 认为均匀分布，皆为 u0 值，且流动为紊流。取射流轴线Mx 为x 轴。
R x 0 s 1 s 1 3 .4s 3 .4 (a s 0 .2 9 4 )
r 0 x 0 . r 0 /ta n
r 0 r 0
R r 0 3 . 4 a s
( 6 — 2 )
r R 0x0/x r0 0 . /rs 0/r01x /0 ta n s3 .4(x0s)3 .4 ax