第六章-气体射流要点.ppt

1、第六章气体喷射、气体从节流喷嘴或狭缝向外喷射产生的流动称为气体淹没喷射，简称为气体喷射。 出口速度大，水流呈湍流状态时，称为湍流射流。 喷气机在水泵、蒸汽泵、通风机、化工设备和喷气机等多个技术领域得到广泛应用。 第6章气流、射流与孔喷嘴流出的研究对象不同，射流主要研究流出后的流速场、温度场和浓度场。 后者只讨论出口断面的流速和流量。 流出空间的大小对喷流的流动有很大影响。 向无限大空间流出，流动不受固体边壁的限制，是无限空间喷射，是自由喷射。 相反是有限空间射流，射流的分类方法：1.根据射流流体的流动状态分为层流射流和湍流射流。 根据喷出口径和出口流速修正计算的雷诺数超过30时，成为乱流喷流。

2、 2 .根据喷流流体的流动速度的大小，可分为亚音速喷流和超音速喷流。 3 .喷流流体在充满静止流体的空间内扩散流动的过程中，根据是否受某固体边界约束，可分为自由喷流、半限喷流和限制喷流。 4、根据喷流流体在扩散流动中是否旋转，可分为旋转喷流和非旋转喷流。 5 .根据喷流喷嘴的出口截面形状，可分为圆形喷流(也称为轴对称喷流)、矩形喷流、狭缝喷流(可由平面喷流处理)、环状喷流和同心喷流等。 对于矩形喷射，宽高比小于3的情况下可以考虑为轴对称喷射，宽高比超过10的情况下可以考虑为平面喷射。 6 .根据喷流流体的流动方向和外界空间流体的流动方向，可分为顺流喷流、逆流喷流和叉流喷流。 7、根据喷流流体和

3、外界空间内流体的温度及浓度，可分为温差喷流和浓差喷流。 根据射流体内具有的异相物质，可分为气液两相射流、气固两相射流和液固两相射流以及气液固多相射流等。 由于工程上常见的喷流一般为湍流喷流，本章主要探讨湍流喷流的特点和机理。 6.1无限空间淹没湍流射流的特征6.2圆截面射流的运动分析6.3平面射流6.4温差射流和浓差射流6.6有限空间射流，6.1无限空间淹没湍流射流的特征，射流和孔喷嘴流出的研究对象不同，射流主要研究了流出后的流速场、温度场和浓度场。 后者只讨论出口断面的流速和流量。 (1)喷流场的形成和结构极角或扩散角、速度u0的部分称为核心区域，其馀部分称为边界层，所述喷流场的形成和结构极

4、角或扩散角、速度u0的部分假定气体从半径r0的圆形喷出口喷出，则、p、VAV末端、温控器、扩散器的水力设定修正。 过度截面：仅轴心速度为u0的截面。图6-1自由射流的流场结构特征、等密度气体射流速度场示意图、1 .射流的几何特性：射流外边界扩展的变化规则称为射流的几何特性。 为了了解喷流的几何特性，主要需要了解喷流的扩张半径r和射程s的关系。 射程s是指喷流截面和喷流出口的距离。 影响喷流扩张半径r的因素有2个。 一个是喷流出口截面的气流的紊流强度a，紊流强度a的大小用紊流系数表示。 湍流系数是表示喷流流动结构的特征系数。 a的值越大乱流强度越大，与周围介质混合的能力越强，显示出随着周围的介质

5、增多，喷流的扩展变大。 基本概念，2 .射流的运动特性：射流的速度分布规律反映了射流的运动特性。许多学者通过大量的实验，测定了不同断面上的速度分布，得到了喷流的速度分布规律。 3、射流的动力特征：射流过程断面之间的动量变化规律是射流的动力特性。 实验证明喷流中任意点的压力与周围气体的压力相等。 4 .平面射流：只在平面上扩展的射流是平面射流。 从相当长的狭缝孔流出的气体只能在与狭缝长度方向垂直的平面上进行扩张运动，形成平面喷流。 喷流的校正参照表6-2、(2)喷流场的几何特征和紊流系数a、圆截面喷流、平面喷流、a-有序流动的系数，依赖于喷嘴出口截面的流体的紊流度和速度分布的均匀度，喷嘴出口的流

6、体的紊流度越大，形状系数紊流系数由实验决定，喷流流动的湍流系数与喷出口截面的湍流强度和速度分布均匀性有关。 取决于喷嘴出口截面的流体的紊流度及速度分布的均匀度，喷嘴出口的流体的紊流度越大，流速分布越不均匀，a值越大。 (三)喷流边界层的运动特征，图6-2主体段速度分布图6-3开始段速度分布，(四)喷流场的动力特征x方向外力的合力为零，动量保存-喷流的动力学特征，列动量保存式：6.2圆截面喷流的运动分析五，开始段核心区域的长度的修正运算和核心收缩角，【例题6.3】圆喷流Q0=0.55m3/s秒求出2.1m时的喷流半宽r、轴心速度、截面平均速度、质量平均速度，进行比较。 查看表6-1，结果为=0.

7、08。 先求出芯长的截面在主体段内。 因此，根据主体段的修正公式，解析：根据修正运算可知主体段内的轴心速度比核心速度小，比较可知，以质量平均速度为代表的使用区的流速比截面平均流速更适合。 学习问题解，例62知道空气喷淋喷出口直径为0.3m，工作区的喷流半径为1.2m，质量平均流速为3m/s。 计算从排出口到工作空间的距离和排出口流量。 已知： R00.15m米、R1.2m米、3.0米/秒。 解： (1)从表92调查了空气喷淋喷出口的紊流系数a0.08。 根据表91的主体段的喷流半径的修正公式，说明从喷出口到作业场所的距离、喷流开始段的长度、学习问题的解析、作业场所在喷流主体段内。 (2)根据表

8、91的主体部质量平均流速修正式，喷出口流速为喷出口流量、6.3平面喷流，在气体从细长的狭缝向外运动时，喷流在狭缝长度方向上几乎没有扩散运动，只能在与狭缝长度垂直的各平面上扩散运动，因此该流动可以看作平面运动， 被称为平面喷流的例子： (1)夏天向热工厂吹冷空气降温的冬天向工作场所吹暖气等温差喷气的例子。 (2)向含尘浓度高的工厂喷射清洁空气改善作业环境向高温火焰炉内喷射燃料和助燃空气等是浓差喷射的例子。 6.4温差射流和浓差射流、温差或浓差射流分析主要研究了温差或浓差场的分布规律，同时探讨了温差或浓差引起的射流弯曲的轴心轨迹。 (1)温差射流的特征1 .几何特征除了通常的射流动量、质量交换之外

9、，温差射流也有热交换。 由于热扩散比动量扩散稍快，因此温度边界层比速度边界层稍厚。 然而，对于处理实际问题的情况，为了简洁起见，二者被认为是相同的。 2、温差(或浓差)分布的相似性.3 .热力学特征：等压时，喷流截面的相对焓流量不变.(2)一些主要残奥仪表的修正公式，1 .轴心温差，2 .质量平均温差，相对焓流量。 (3)、喷流轴线的弯曲温差喷流或浓差喷流的密度与周围的流体介质的密度不同，作用于喷流质点的重力和浮力变得不平衡，喷流整体向上或向下弯曲。 但是，此时可以看作喷流整体相对于轴线对称，因此只要知道喷流轴线的弯曲情况，就可以知道喷流整体的弯曲情况。 一般的热喷射和含有轻密度物质的喷射是向

10、上弯曲的冷喷射和含有重密度物质的喷射是向下弯曲的。 由于温差射流或浓差射流的密度不仅随距离而变化，同一射流截面上的差异也不同，所以正确校正射流轴的弯曲轨迹很复杂，采用了近似的校正方法。 图6-7以喷射轴线的弯曲、(3)喷射弯曲轴心线上的每单位体积的气体为对象，只考虑了重力和浮力的作用。 可以从、等压过程的气体状态方程式得到，代入上式，也就是，因为、可以利用、得到，通过实验进行修正，将0.115变更为0.355。 学习问题解，例63作业带的质量平均流速要求为3m/s，作业面直径为2.5m，送风温度为15，工厂温度为30，作业带的质量平均温度下降到25，采用送风机送风，取01、3.5。 求出： (

11、1)风口的直径和从风口到作业面的距离；(2)风口的风速和风量；(3)作业面的中心点温度；(4)喷流在作业带下降的距离。 已知：3.5米/秒，R1.25m米，01，3.5。 T0288K、Ta303K、T298K、T0T0Ta28830315K、TTTa2983035K解：由(1)式(96 )得到学习问题解，由(924a )得到的由(2)式(911 )得到的以风口的风速为风口的风量由(3)式工作面中心点温度是TmTaTm3037.2295.8K、tm295.827322.8、的工作面可以选择：送风温度、室内温度、室内温度、室内温度。 求出距离出口3m的位置以及弯曲轴心坐标。 从表6.2调查湍流系

12、数0.08。 由于、的作用，6.5有旋转喷流，气流通过具有回旋流作用的喷嘴进行外射运动。 气流本身一边旋转，一边向周围的介质扩散前进，称为旋转喷流。 一、基本特征旋转是旋转喷流的基本特征，通过旋转得到喷流向周围扩散的离心力。 与一般喷流相比，扩散角大，射程短，喷流有序性强。 利用回旋流的方法流体的回旋流一般可以如下得到：1.气体沿切线方向进入圆筒形的喷嘴(未图示)，首先形成回旋流，然后从喷嘴喷出，即形成回旋流。 例如，新型燃气炉，2 .在轴向管流内安装回旋流叶片或加工回旋流路(未图示)，气体通过回旋流叶片或回旋流路产生回旋流，然后从喷出口喷出形成回旋流。 气体旋转的强弱(回旋流强度)可以通过改

13、变导向回旋流叶片的安装角度来调整。 3 .旋转的机械装置，可以使其上流动的液体成为回旋流。 图中所示的碗式燃料燃烧器是机械式回旋流装置之一。 盆式燃烧器的示意图、二、旋转喷流的流速分布、旋转喷流的速度分解为三个成分：沿喷流的行进方向的轴向速度、横截面中沿半径方向的径向速度、横截面中圆运动的切线速度、三、旋转喷流的压力分布、旋风分离器出口的旋转喷流中心压力低于大气压，随着旋转喷流沿轴向行进其值越大，旋转喷流的旋转越激烈，回流域越大，旋转扩散角也越大，射程也越短。 6.6有限空间射流、射流运动中，受壁面、天花板及空间的限制，自由射流规则不再适用，因此必须研究受限的射流即有限空间射流运动规则。 目前，有限空