第六章1 气体射流

1、6.1 6.1 无限空间淹没紊流射流的特征无限空间淹没紊流射流的特征6.2 6.2 圆断面射流的运动分析圆断面射流的运动分析6.3 6.3 平面射流平面射流6.4 6.4 温差或浓差射流温差或浓差射流6.5 6.5 有限空间射流有限空间射流射流定义射流定义: : 从孔口或管嘴或缝隙中连续射出的一股具有一定尺从孔口或管嘴或缝隙中连续射出的一股具有一定尺寸的流体运动寸的流体运动, ,它周围可以是同种流体也可不是同种流体。它周围可以是同种流体也可不是同种流体。 射流与孔口管嘴出流的研究对象不同射流与孔口管嘴出流的研究对象不同: : 前者前者: :讨论的是出流后的讨论的是出流后的流速场流速场、温度场温

2、度场和和浓度场浓度场。 后者后者: :仅讨论出口断面的仅讨论出口断面的流速和流量流速和流量。射流分类：射流分类： 层流射流和紊流射流层流射流和紊流射流 自由射流和非自由射流自由射流和非自由射流 圆形射流、平面射流和矩形射流等圆形射流、平面射流和矩形射流等一、射流结构一、射流结构 射流核心射流核心边界层边界层 过渡断面过渡断面或转折断面或转折断面 起始段起始段 主体段主体段射流外边射流外边界是一条直线界是一条直线极点极点M 扩散角扩散角 射流半径射流半径核 心层起 始 段主 体 段边界MABCDEFROxssxr00nx二、紊流射流的特性二、紊流射流的特性1、射流边界层的直线扩展（几何特性）、射

3、流边界层的直线扩展（几何特性）aKxKxxR4 . 3tanK试验系数，对圆断面射流，试验系数，对圆断面射流，aK4 . 3紊流系数，表示射流流动结构的特征系数紊流系数，表示射流流动结构的特征系数294. 04 . 34 . 31tan1000000rasrsarsxsxrRxasxasxrxrsrxxsxrR4 . 34 . 3tan10000000000147.08.600dasdD射流半径和从极点起算的距离成正比，即射流半径和从极点起算的距离成正比，即 BO =Kx。二、紊流射流的特性二、紊流射流的特性2、运动特性、运动特性射流各截面上速度分布相似射流各截面上速度分布相似.25 . 11

4、Ryvvm上式用于主体段，则：上式用于主体段，则：y横截面上任意点到轴心距离横截面上任意点到轴心距离R该截面上射流半径（半宽度）该截面上射流半径（半宽度）vy点上的速度点上的速度vm该截面轴心速度该截面轴心速度上式用于起始段，则：上式用于起始段，则：y横截面上任意点到核心边界的距离横截面上任意点到核心边界的距离R该截面上边界层厚度该截面上边界层厚度v截面上边界层中截面上边界层中y点的速度点的速度vm该截面核心速度该截面核心速度xn0r0 xssxORFEDBAM界边主 体 段起 始 段层核 心Ryvvmvvmy特留彼尔在轴对称射特留彼尔在轴对称射流主体段的实验结果流主体段的实验结果xn0r0

5、xssxORFEDBAM界边主体段起始段层核心Ryvvmvvmy二、紊流射流的特性二、紊流射流的特性3、动力特性：、动力特性：射流各截面上动量相等射流各截面上动量相等动量守恒动量守恒.ydyvvrR2020202xn0r0 xssxORFEDBAM界边主体段起始段层核心Ryvvmvvmyydy假定：射流出口断面上的流速均匀，且为假定：射流出口断面上的流速均匀，且为紊流射流紊流射流。令：令：dvvBnmn10dvvCnmn10Ry一、主体段轴心速度一、主体段轴心速度v vm mxadasrasvvm96. 0147. 048. 0294. 0965. 0000该式说明：无因次轴心速度与无因次距离

6、该式说明：无因次轴心速度与无因次距离 成反比成反比xxarasrR4 . 3294. 04 . 30020002Re00vr二、主体段断面流量二、主体段断面流量Q QxadasrasQQ2 . 2147. 04 . 4294. 02 . 2000三、主体段平均流速三、主体段平均流速v v1 1xadasrasvv19. 0147. 0095. 0294. 019. 00001mvv2 . 01xavvm96. 00四、主体段质量平均流速四、主体段质量平均流速v v2 2xadasrasQQvv4545. 0147. 023. 0294. 04545. 000002mvv47. 02质量平均流速

7、定义为：用质量平均流速定义为：用 v2乘以质量即得乘以质量即得真实动量真实动量。 质量平均流速为轴心流速的质量平均流速为轴心流速的 47。因此用。因此用 v2代表使代表使用区的流速要比用区的流速要比 v1更合适更合适些。但必须注意，些。但必须注意， v1 、 v2 不不仅在数值上不同，更重要的是在定义上根本不同，不可混仅在数值上不同，更重要的是在定义上根本不同，不可混淆。淆。五、起始段核心长度五、起始段核心长度SnSn及核心收缩角及核心收缩角arSn0671. 0arSSnn671. 00aSrtgn49. 10六、起始段流量六、起始段流量Q Q核心区内无因次流量：核心区内无因次流量：2000

8、22. 298. 21rasrasQQ边界层内无因次流量：边界层内无因次流量：200090. 074. 3 rasrasQQ整个截面上无因次流量：整个截面上无因次流量：200032. 176. 01 rasrasQQQ七、起始段断面平均流速七、起始段断面平均流速v v1 1八、起始段质量平均流速八、起始段质量平均流速v v2 22002000156.118 . 6132. 176. 01rasrasrasrasvv2000232. 176. 011rasrasvv矩形喷嘴运动参数矩形喷嘴运动参数以上分析出圆断面射流主体段内运动参数变化规以上分析出圆断面射流主体段内运动参数变化规律，这些规律亦适

9、用于矩形喷嘴。但要将矩形换算成为流律，这些规律亦适用于矩形喷嘴。但要将矩形换算成为流速速当量直径当量直径代入进行计算。换算公式按第四章所述。代入进行计算。换算公式按第四章所述。 气体从气体从狭长缝隙狭长缝隙中外射运动时，射流只能中外射运动时，射流只能在在垂直条缝长度的平面垂直条缝长度的平面上上扩散扩散运动。如果条缝相运动。如果条缝相当长，这种流动可视为平面运动，故称为平面射当长，这种流动可视为平面运动，故称为平面射流。流。一、平面射流特征一、平面射流特征喷口高度以喷口高度以 2b0（ b0半高度）表示。半高度）表示。几何、运动、动力特征则完全与圆断面几何、运动、动力特征则完全与圆断面射流相似。

10、射流相似。 302Re00vb 当当 时，可认为射时，可认为射流为紊流射流。流为紊流射流。二、射流参数的计算：二、射流参数的计算： 三、结论：三、结论：和圆断面射流相比，流量沿程的增加、和圆断面射流相比，流量沿程的增加、流速沿程的衰减都要流速沿程的衰减都要慢慢些。这是因为运动的扩些。这是因为运动的扩散被散被限定在限定在垂直于条缝长度的平面上的缘故。垂直于条缝长度的平面上的缘故。 所谓温差、浓差射流就是所谓温差、浓差射流就是射流本身射流本身的温度的温度或浓度与或浓度与周围气体周围气体的的温度、浓度温度、浓度有差异有差异。温差或浓差射流分析，主要是研究温差或浓差射流分析，主要是研究射流温射流温差、

11、浓差分布场差、浓差分布场的规律。同时讨论由温差、浓差的规律。同时讨论由温差、浓差引起射流弯曲的引起射流弯曲的轴心轨迹轴心轨迹。概述横向动量交换，旋横向动量交换，旋涡的出现，使之质量交换，涡的出现，使之质量交换，热量交换，浓度交换。而热量交换，浓度交换。而在这些交换中，由于在这些交换中，由于热量热量扩散比动量扩散要快些扩散比动量扩散要快些，因此因此温度边界层比速度边温度边界层比速度边界层发展要快些厚些界层发展要快些厚些，如，如图。实线为速度边界层，图。实线为速度边界层，虚线为温度边界层的内外虚线为温度边界层的内外界线。界线。研究内容研究内容浓度扩散与温度相似。在实际应用中，为了浓度扩散与温度相似

12、。在实际应用中，为了简化起见，可以认为，温度、浓度内外的边界与速简化起见，可以认为，温度、浓度内外的边界与速度内外的边界相同。于是参数度内外的边界相同。于是参数 R R 、 Q Q 、 v vm m 、 v v1 1、 v v2 2等可使用前两节所述公式，仅对轴心温差等可使用前两节所述公式，仅对轴心温差 T Tm m ，平均温差等沿射程的变化规律进行讨论。平均温差等沿射程的变化规律进行讨论。定义参数：以足标定义参数：以足标e e表示周围气体的符号表示周围气体的符号截面上温差分布，浓差分布截面上温差分布，浓差分布热力特征热力特征与前述动力特征类似。据热力学可知，在与前述动力特征类似。据热力学可知，在等压的情况下，以周围气体的焓值作为起算点，等压的情况下，以周围气体的焓值作为起算点，射流各横截面上的射流