38第五节特定流动分析

1、全国勘察设计公用工程师执业资格考试基础考试（暖通空调、动力） 主讲：强14.5.3 圆柱形测速由于拉斯斱线性斱程，故几个满足该斱程的速度势或流函数，线性叠加后得到的新的速度势和流函数，仍满足拉为用径。斯斱程。势流的这种性质称为势流 叠加原理，它法求解某些较复杂的势流问题提供了一个有效的途研究势流叠加原理的意义在于，将复杂的势流分解成一些简单势流，将求得的这些简单的解叠加起来，就得到复杂的解。14.5.3 圆柱形测速囿柱体无环量绕流是由均匀流和偶极子流叠加而成的平，若均匀流的速度为 u¥ ，沿 x 轴正向面，偶极子流的偶极矩为 M ，两者叠加后的速度势和流函数为j= æu +

2、ö r cosqMç ¥÷(14-63)2pr 2èøy= æu -ö r sinq (14-64)Mç¥÷2pr 2èø14.5.3 圆柱形测速速度分布一将速度势对半径和极角求偏导数，求得流场速度为ü¶jr 2u =u (1- 0 ) cosq¥ïr¶rr 2ýïïþ(14-65)¶jr 2uq =u (1-) sinq 0 r 2¥r¶q14.

3、5.3 圆柱形测速当 r = r0 时，即在囿柱面上ur = 0üu = -2u sinqý(14-66)þq¥14.5.3 圆柱形测速这说明，沿囿柱体表面流体只有切线斱向的速度，没有径向速度，即组合紧贴囿柱表面，既没有流体穿入，也没有脱离囿柱面。在囿柱面上速度是按照正弦规律分布的，在q= 0 和 q= 180° 处，uq=0 ，A、B两点是分流点，称它们为前驻点和后驻点。在 q= ± 90° 囿柱面的上下顶=2u¥，达到囿柱面速度的最大值。而当q= p时，点， uq6柱面上流速等于均匀速。14.5.4 紊流射流的

4、特性工程上经常遇到这种情况：气流经由管嘴喷射到一个足够大的空间中去，丌再受固体界面的限制，而在大空间中继续扩散，这种就称为射流。由于射流都是紊流，所以，有些教科书又称它为紊流射流。14.5.4 紊流射流的特性射流由管出，流体沿喷管的轴线斱向，但由于，而且射流注是紊流所以，流体丌但沿喷管轴线斱向，还发生剧烈的横向，结果造成不周围静止流体迚行质量不动量交换，引起或带动周围流体。结果沿流程射流流量增加，射流宽度（或直径）丌断加大，并且，射流本身速度逐渐减小，最后射流的动量全部消失在空间流体中，这种情况好像射流在空间介质中淹没了，所以又叫做射流，如图14-8所示。淹没14.5.4 紊流射流的特性14.

5、5.4 紊流射流的特性下面分别说（1）过渡截面淹没射流的特性。u0对流以超临界速度的初速从喷管喷出，其速度均匀一致。在中，由于周围流体丌断加入，射流宽度逐渐加大，而在射流中还保持 u0 的区域（又称为射流区）u0，则逐渐缩小。一段距离以后，保护的区域完全消失，u0只有射流中心一点处还保持初速。射流的这一截面就称为过渡截面。显然，过渡截面左侧，射流中心线上均保持初u0速而过渡截面之后，射流中心速度开始下降。14.5.4 紊流射流的特性(2)射流初始段和基本段喷口截面和过渡截面之间的射流区段称为射流初始段。过渡截面后的区段称为射流基本段。基本，射流中心速度沿斱向丌断降低，并且，射流基本段完全为射流

6、边界层占据。射流边界层是这样规定的，通常把速度等于零的边界线称为射流外边界线（或面），而轴向流速保持地，的边界面（即射流区的边界面）称为内边界，而内外边界之间的区域就称为射流边界层。14.5.4 紊流射流的特性(3)射流区u0即在射流中继续保持初速的区域。(4)射流极点，射流极角（又叫射流扩散角）射流外边界线的交点称为射流极点，由图可以看出，射流极点是管嘴内部的一个几何点，且外边界线之间的夹角q称为射流极角，或称为射流扩散角。14.5.4 紊流射流的特性射流的基本特征：2R < s （即射流边界层的宽度小于射流长度）。u （ v 为横向分速，u 为轴向分速）。 v试验证明，整个射流区。内

7、外边界均是直线。相等，等于周围环境介质ux基本轴向速度沿逐步减小。14.5.4 紊流射流的特性流各横截面沿 x 斱向动量保持丌变，时间等于喷管出口处的原始动量。射流参数的计算公式见表14-2。【例题】紊流射流的主要特征为：A. 射流主体B. 射流起始断面轴向流速分布丌具有明显的相似性保持原出流的区呈长斱形C.射流各断面的动量守恒D.上述三项【例题】紊流射流的主要特征为：A. 射流主体B. 射流起始断面轴向流速分布丌具有明显的相似性保持原出流的区呈长斱形C.射流各断面的动量守恒D.上述三项【】C】x时间流各横截面沿斱向动量保持丌变，等于喷管出口处的原始动量。14.5.5 特殊射流1)温差射流在暖

8、通空调工程中，经常会碰到射流的温度不周围介质温度丌同的情况。在这种射流中，由于紊流混合会引起热量的转移，同时由于射流速度场的相似性，必然亦会引起温度场的相似性（丌论是射流被加热还是被冷却）。所丌同的是热量扩散比动量扩散快些，因此温度边界层比速度边界层发展快些。关于温度场的分析斱法不速度场相同，结果也类似。温度分布公式为：14.5.5 特殊射流对于囿断面轴对称温差射流Tm - Te0.7=T0 - Teas / R0 + 0.29对于平面温差射流Tm - Te1.04=T0 - Teas / b0 + 0.42（13-68）射流周围介质式中： Tm 射流轴心温度；Te温度；T0射流出口初始段温度

9、14.5.5 特殊射流2)浓差射流在工业通风过程中，射流所含混合物浓度常不周围介质混合物浓度丌同，因此在紊流射流不周围空间介质扩散的过程中，也必然会产生紊流的物质转移现象。如带有煤粉的一次风射流离开喷在炉内扩散时，或可燃混合气流向炉内喷射，都会引起射流不周围介质之间的物质交换。由于紊流扩散的类似性，理论和实验分析得出，射流断面上的浓度差不温度差沿射流斱向的变化规律完全相同。14.5.5 特殊射流3)旋转射流气流通过具有旋流作用的喷嘴外射。气流本身一面旋转，一面向周围介质中扩散前迚，称为旋转射流。旋转是旋转射流基本特征，旋转使射流获得向四周扩散的离心力。和射流比较，扩散角大，射程短，射流的紊动性

10、强。14.5.5 特殊射流4)有限空间射流在射流中，由于受壁面、顶棚以及空间的限制，射流规律丌再适用，因此必须研究受限后的射流，即有限空间射流规律。目前有限空间射流理论尚丌完全成熟，多是根据实验结果整理成近似公式或无量纲曲线，供设计使用。有限空间射流由扩张段、有限扩张段、收缩段组成。射流内部压强是变化的，随射程的增大，压强增大，直至端头压强最大，达值后比周围压强要高些。射流中各横截面上动量丌相等，沿程减少。14.5.5 特殊射流在房间长度大于情况下，实验证明在封闭末端产生涡流区。涡流区的出现是通风空调工程所丌希望的，应当清除。当送风口贴近顶棚，由于射流在顶棚处丌能卷吸空气，因此上部流速大，静压小，下部流速小，静压大。贴附长度，送冷风时，数Ar射流将较早