第六章-孔口、管嘴出流与气体射流newxinde

工程流体力学基础,第六章孔口、管嘴出流与气体射流,本章应用流体力学基本原理(连续性方程，伯努利方程等),结合具体流动条件，研究流体经孔口、管嘴及气体射流。第一节孔口自由出流1、孔口、管嘴分类（1）按结构形式分类,1）薄壁孔口：由于壁较薄，出流流股与孔口壁接触仅是一条周线，其厚度对流动不产生显著影响。2）厚壁孔口或管嘴：出流流股先收缩后扩张，与孔口壁接触形成面而不是线。（2）按出流方式分：自由出流：液体自孔口出流到大气中。淹没出流：液体自孔口出流到另一个充满液体的空间。2、薄壁孔口自由出流如图，容器中液体从四面八方流向孔口，由于质点惯性，当绕过孔口边缘时，流线不能成直角突,然地改变方向，而只能以曲线继续弯曲且向中心收缩，到达某一距离（大约处），断面（C-C断面）收缩到达最小。1）00为基准线，列A-A与C-C两断面的伯努利方程：,讨论：1)H0作用水头：包括了两断面的位差，压差以及上游来流速度头。一部份克服出口处局部阻力而损失掉，另一部份变成C-C断面的动能。2）对于孔口自由出流，,令,则,（自由液面速度可忽略不计）,3）计算流量：,孔口出流收缩断面速度计算式,则,（：收缩系数，A：孔口面积）,从以上可知，与及有关，但接近于1，所以主要受收缩系数的影响。,另,一般,流量系数,4)影响孔口收缩的因素孔口形状孔口位置孔口边缘,第二节孔口淹没出流以孔口中心线为基准，取1-1及2-2两列能量方程：,而,液体流经孔口处的局部阻力系数,液体在收缩断面后突然扩大的局部阻力系数,讨论：1）对突然扩大2）计算流量，,令,3）若，且忽略上下游液面的速度头,则,(与自由出流公式完全相同),1.自由出流时，水头H值系水面至孔口形心的深度；,2.淹没出流时，水头H值系孔口上、下游水面高差。流速、流量与孔口在水面下的深度无关。,qV1BOE),（2）紊流系数a、极角及几何特征1）极点M点，极角紊流系数a与两因素有关紊流强度射流断面速度分布均匀性,k试验系数a,(6-2),则,2）几何特征,3、运动特征（1）主体段作了5个断面实验：1）无论何断面，轴心速度最大，边界层速度最小。2）距喷嘴越远，轴心速度越小。3）距喷嘴越远，边界层厚度越大。,（2）无量纲表示不同位置横断面速度分布不一样，但如果纵坐标5种情况全部重合射流速度分布都具有相似性，经过很多学者实验、分析:,无量纲速度分布,(6-5),主体段：y：横截面任意点至轴心距离；R：射流半径；V：y点速度；Vm：轴心速度。起始段（考虑边界层）：y：横截面任意点至核心边界；R：边界层厚度；V：y点速度；Vm：核心速度V0。,4、动力特征实验及理论均证明：射流中任一点静压强都等于周围压强。取1122控制体，在x方向静压强均相等：根据动量定理：任意面动量-入口动量=0,(6-6),第二节圆断面射流的运动分析关心沿射程不同s处，速度，流量（温度）变化，以上推出的公式V与Vm都未知，故不能求出。1、轴心速度Vm,同除,则,由（6-6）,代入,右式积分：,2、断面流量,则无量纲流量,代入,将(6-5)，(6-7)代入,无量纲轴心速度与无量纲距离成反比,由于射流的卷吸和掺混，断面沿流向增大,3、断面平均速度则断面无量纲平均速度,（6-8）,将（6-8）,6-2）代入,（6-9）,无量纲流量沿无量纲距离线性增加,一般通风空调常使用轴心附近速度较高的区域，常以速度较高区域作为设计依据。4、质量平均速度V2V2质量=动量，动量根据动量守恒(各断面动量相等)：,比较（6-7），（6-9）,，只有五分之一轴心速度,（6-10）,比较以上公式,对主体段有5、起始段核心长度及核心收缩角由（6-7）当时，,代入,6、起始段流量：Q,核心内无量纲流量,（6-12a）,边界层无量纲流量,r0,r,则整个截面上流量,（6-12）,7、起始段面平均速度,（6-13）,8、质量平均速度：V2,（6-14）,例6-1一体育馆用带有导风板的轴流风机向水平方向送风，风口，出风口，求距风口10m处轴心速度和风量。解：由表6-1，a=0.12由公式（6-7）,（6-8）,例6-2已知空气淋