第六章-气体射流ppt课件.ppt

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1、基本概念基本概念射流射流：流体经流体经孔口或管嘴孔口或管嘴流出，流出，流入流入另一部分流体另一部分流体介质中的现象。介质中的现象。射流射流的的分类：分类：1 1、依照、依照流体流体的的种类种类，有，有气体射流气体射流和和液体射流液体射流。2 2、依照、依照射流条件射流条件，有，有淹没射流淹没射流和和自由射流自由射流。3 3、依照、依照出流空间出流空间对射流是否有影响，有对射流是否有影响，有无限空间射流无限空间射流和和 有限空间射流有限空间射流。4 4、依照、依照射流射流流态，有流态，有层流射流层流射流和和紊流射流。紊流射流。 5 5、依照、依照喷口喷口形状，有形状，有圆形射流圆形射流、矩形射流

2、矩形射流和和条缝射流条缝射流。 如如矩形喷口矩形喷口长短边之比长短边之比不大于不大于3 3：1 1时，时，矩形射流矩形射流可以可以迅速发展成迅速发展成圆形射流圆形射流；当；当大于大于1010：1 1时，为时，为条缝射流条缝射流，即即平面射流平面射流。 6.16.1 气体气体自孔口自孔口、管嘴管嘴或或条缝条缝向外喷射所形成的流动称为向外喷射所形成的流动称为气体淹没射流气体淹没射流，简称为，简称为气体射流气体射流。 射流与孔口管嘴出流的研究对象不同。前者讨论的是射流与孔口管嘴出流的研究对象不同。前者讨论的是出流后的出流后的流速场、温度场和浓度场流速场、温度场和浓度场。后者仅讨论出口断面。后者仅讨论

3、出口断面的的流速和流量流速和流量。 与管道流动一样，气体射流也有与管道流动一样，气体射流也有层流射流层流射流与与紊流射流紊流射流之分。工程上的流动，多为之分。工程上的流动，多为紊流射流紊流射流。 出流到无限大空间中，流动不受固体边壁的限制，为出流到无限大空间中，流动不受固体边壁的限制，为无限空间射流，又称无限空间射流，又称自由射流自由射流。反之，为有限空间射流，。反之，为有限空间射流，又称受限射流。又称受限射流。一、射流场的形成与结构一、射流场的形成与结构6.16.11、射流场的形成、射流场的形成由于射流为由于射流为紊流紊流，横横向脉动向脉动导致与导致与周围气体周围气体发生发生动量交换动量交换

4、，从而把，从而把相邻的相邻的静止液体静止液体卷吸进卷吸进来，随着流程的增加，来，随着流程的增加，射流过流断面不断加大，射流过流断面不断加大，流量不断增加。流量不断增加。一、射流场的形成与结构一、射流场的形成与结构6.16.12、射流场的结构、射流场的结构射流核心射流核心：图所示：图所示AOD部分部分，该部分气体还未与外界发生交换。该部分气体还未与外界发生交换。边界层边界层：AOD以外的部分，速以外的部分，速度度小于核心区小于核心区，又分为，又分为内边界层内边界层和和外边界层外边界层。过渡断面过渡断面：即：即BOE断面断面，该断，该断面以外核心区消失。面以外核心区消失。起始段起始段：过渡断面以内

5、，轴心：过渡断面以内，轴心 速度均为速度均为u0。主体段主体段：过渡断面以外。：过渡断面以外。射流半径射流半径R：任意断面轴线到外：任意断面轴线到外 边界的距离。边界的距离。二、射流场的特征二、射流场的特征1.几何特征几何特征 6.16.1射流外边界呈直线扩散，两条直射流外边界呈直线扩散，两条直线的线的交点交点M为为极点极点，两条，两条直线夹角直线夹角的一半的一半 称为称为极角极角或或扩散角扩散角。 极角极角与与紊流强度紊流强度和和喷口断面形状喷口断面形状有关。有关。 3.42.44atgaa圆形喷口条形喷口 形状系数；形状系数； 紊流系数。紊流系数。a二、射流场的特征二、射流场的特征1.几何

6、特征几何特征 6.16.100000000R111 3.4tan3.40.294xsxsxrxxssarrasr= +或或 147. 08 . 600dasdD二、射流场的特征二、射流场的特征2.运动特征运动特征 6.16.1射流各断面的射流各断面的半径半径和和流量流量随射程随射程增大而增大增大而增大，而，而流速流速逐渐减小逐渐减小；主；主体段内，体段内，轴心速度逐渐减小轴心速度逐渐减小，流速，流速分布图逐渐扁平化，大量实验证明，分布图逐渐扁平化，大量实验证明，各射流断面的各射流断面的无因次速度无因次速度与与无因次无因次距离距离具有具有相似性相似性，即：，即：21.521.511mvyvR二、

7、射流场的特征二、射流场的特征3.动力特征动力特征 6.16.1实验证明，整个射实验证明，整个射流范围内，流范围内，任意一点任意一点的压强的压强等于等于周围静止周围静止气体气体的的压强压强，则易知，则易知沿轴向任意断面间的沿轴向任意断面间的动量守恒动量守恒，即：，即：202000022rQydyR6.26.2 圆断面射流的运动分析圆断面射流的运动分析mv220 002Rv ydyr v一、主体段主体段轴心速度轴心速度 :000 480 960 147mvasvaxd.=+ .由式由式两端同除以两端同除以2mRv6.26.2 圆断面射流的运动分析圆断面射流的运动分析一、主体段主体段断面流量断面流量

8、 :Q000 147QasQd=4.4+ .断面平均流速断面平均流速 :1v1000147vasvd0.095=+ .质量平均流速质量平均流速 :2v2000147vasvd0.23=+ .二、二、 起始段起始段1. 1. 核心区长度核心区长度 的计算的计算2 2. 核心收缩角核心收缩角ns147. 048. 0100dasmarsn0671.0asrtgn49.106.26.2 圆断面射流的运动分析圆断面射流的运动分析 【例【例】圆射流以圆射流以Q Q0 0=0.55m=0.55m3 3/s/s，从从d d0 0=0.3m=0.3m管嘴流出。试求管嘴流出。试求2.12.1m m处射流半宽度处

9、射流半宽度R R、轴心速度轴心速度v vm m、断面平均速度、断面平均速度v v1 1、质量、质量平均速度平均速度v v2 2，并进行比较。，并进行比较。 【解】查表得【解】查表得a=0.08a=0.08。 先求核心长度先求核心长度 ，所求截面在主体段内，所求截面在主体段内 。nsmarsn26. 108. 015. 0672. 0672. 00mssn1 . 2mrrasR721. 015. 0294. 015. 01 . 208. 04 . 3294. 04 . 300smdQ/785. 73 . 014. 3455. 0422000从而由主体段计算公式得从而由主体段计算公式得smdasm

10、/285. 5785. 7147. 03 . 01 . 208. 048. 0147. 048. 000smdas/046. 1785. 7147. 03 . 01 . 208. 0095. 0147. 0095. 0001smdas/533. 2785. 7147. 03 . 01 . 208. 023. 0147. 023. 0002分析：由计算可知主体段内的轴心速度分析：由计算可知主体段内的轴心速度v vm m小于核心速度小于核心速度v v0 0；比较比较v v1 1、v v2 2可以看出可以看出,用质量平均速度代表使用区的流速要用质量平均速度代表使用区的流速要比断面平均流速更适合。比断

11、面平均流速更适合。6.36.3 平面射流平面射流气体从狭长隙缝中外射运动时，射流在气体从狭长隙缝中外射运动时，射流在条缝长度方向条缝长度方向几乎几乎无扩散运动无扩散运动，只能在，只能在垂直于条缝长度垂直于条缝长度的各个的各个平面平面上扩上扩散运动，这种流动可视为散运动，这种流动可视为平面运动平面运动，故称，故称平面射流。平面射流。平面射流特征：平面射流特征：喷口高度喷口高度以以 2b2b0 0（ b b0 0半高度）表示半高度）表示。而几何、运动、动力特征则完全与而几何、运动、动力特征则完全与圆断面射流圆断面射流相似。相似。结论：结论：和圆断面射流相比，流量沿程的增加、流速沿程的衰和圆断面射流

12、相比，流量沿程的增加、流速沿程的衰减都要减都要慢慢些。这是因为运动的扩散被些。这是因为运动的扩散被限定在限定在垂直于条缝长垂直于条缝长度的平面上的缘故。度的平面上的缘故。6.36.3 平面射流平面射流射流参数计算：射流参数计算： 前面研究的射流与周围前面研究的射流与周围气体温度气体温度和和密度密度相同，因而相同，因而射流轴线与喷口流速的方向相同，为一直线，称为射流轴线与喷口流速的方向相同，为一直线，称为等温等温射流射流。 在在采暖通风空调采暖通风空调工程中，常采用工程中，常采用冷风降温冷风降温，热风采热风采暖暖，此时为，此时为温差射流温差射流，而将，而将有害气体或灰尘浓度降低有害气体或灰尘浓度

13、降低的的射流为射流为浓差射流浓差射流。 温差或浓差射流分析，主要是研究温差或浓差场的温差或浓差射流分析，主要是研究温差或浓差场的分布规律，同时讨论由温差或浓差引起的射流弯曲的轴分布规律，同时讨论由温差或浓差引起的射流弯曲的轴心轨迹。心轨迹。 6.4 温差射流与浓差射流温差射流与浓差射流一、一、 温差与浓差射流的特征温差与浓差射流的特征 1. 1. 几何特征几何特征 除常规射流的动量、质量交换，温差射流还存在热量交换。由除常规射流的动量、质量交换，温差射流还存在热量交换。由于于热扩散热扩散略快于略快于动量扩散动量扩散，因此温度边界层比速度边界层发展要，因此温度边界层比速度边界层发展要快些厚些。但

14、在处理实际问题时，为简化起见，认为快些厚些。但在处理实际问题时，为简化起见，认为二者相同二者相同。 6.4 温差射流与浓差射流温差射流与浓差射流一、一、 温差与浓差射流的特征温差与浓差射流的特征 2.2. 研究内容研究内容 浓度扩散浓度扩散与与温度相似温度相似。在实际应用中，为了简化起见，可以。在实际应用中，为了简化起见，可以认为，认为，温度、浓度内外的边界温度、浓度内外的边界与与速度内外的边界速度内外的边界相同。于是参相同。于是参数数 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

15、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。 6.4 温差射流与浓差射流温差射流与浓差射流定义参数定义参数：以：以足标足标e e表示周围气体的符号表示周围气体的符号6.4 温差射流与浓差射流温差射流与浓差射流一、一、 温差与浓差射流的特征温差与浓差射流的特征 2.2. 运动特征运动特征 由试验得出，截面上温差分布、浓差由试验得出，截面上温差分布、浓差分布与速度分布之间具有相似性，即：分布与速度分布之间具有相似性，即：11.521.511mmTvyTvR 3.3. 热力学特征热力学特征 在等压情况下，射流断面上在等压情况下，射流断面上相对焓值相对焓值流量不变。流量不变。CTdQ

16、c二、几个主要参数的计算公式二、几个主要参数的计算公式1. 轴心温差轴心温差 mT2. 质量平均温差质量平均温差2T147. 023. 0002dasTT6.4 温差射流与浓差射流温差射流与浓差射流000.350.147mTasTd2.TQc相对焓值流量三、三、 射流弯曲射流弯曲6.4 温差射流与浓差射流温差射流与浓差射流 温差射流或浓差射流由于温差射流或浓差射流由于密度与周围密度不同，所受的密度与周围密度不同，所受的重力与浮力不相平衡，使整个重力与浮力不相平衡，使整个射流将发生向下或向上弯曲。射流将发生向下或向上弯曲。但整个射流但整个射流仍可看作是对称于仍可看作是对称于轴心线轴心线。 我们采

17、用近似的处理方法：取我们采用近似的处理方法：取轴心线上的轴心线上的单位体积流体单位体积流体作为作为研究对象，只考虑受重力与浮研究对象，只考虑受重力与浮力作用，应用牛顿定律导出公力作用，应用牛顿定律导出公式。式。 取轴心线上的取轴心线上的单位体积气单位体积气体体为研究对象为研究对象, , 只考虑只考虑重力重力与与浮力浮力作用。由牛二定律：作用。由牛二定律：jgmme)(22ydvd yjdtdtyvjdt则则 6.4 温差射流与浓差射流温差射流与浓差射流三、三、 射流弯曲射流弯曲yyv dtdtjdt 由等压过程的气体状态方程可得由等压过程的气体状态方程可得0010.73ememmmejggTg

18、T6.4 温差射流与浓差射流温差射流与浓差射流三、三、 射流弯曲射流弯曲0010.73yememmmeyv dtdtjdtjggvTgvT 00000.730.73memevTydtgdtvTTgdt v dtvT 因为因为mdsvdt 故故000000111mmmmmvdt v dtsdtv sdtvvvvdssdtsdsvvdtvv 利用利用 ，可得，可得294. 0965. 000rasm230200115. 0251. 0sraTTgye由实验修正由实验修正, 将将0.115改为改为0.355。230200335. 0251. 0sraTTgye6.4 温差射流与浓差射流温差射流与浓差

19、射流 【例题【例题】高出地面高出地面5 5m m处设一孔口处设一孔口d d0 0为为0.10.1m m，以以2 2m/sm/s速度向房速度向房间水平送风。送风温度间水平送风。送风温度 ，室内温度，室内温度 。试求距出口试求距出口3 3m m处的处的t t2 2、v v2 2 及弯曲轴心坐标。及弯曲轴心坐标。0010tC 027etC【解】查表得紊流系数【解】查表得紊流系数a=0.08a=0.08。2000.230.2320.09 20.18/0.08 30.1470.1470.1vvm sasd147. 023. 0002dasTTTTee由由，可得，可得02000.230.232710272

20、3.670.0830.1470.1470.1eettttCasd 从而有从而有3202003220.510.359.810270.080.5130.3534.282273270.1eg TayssTdm 6.5 6.5 旋转射流旋转射流气流通过具有气流通过具有旋流作用旋流作用的的喷嘴外射运动喷嘴外射运动。气流本身。气流本身一一面旋转面旋转，一面向周围介质中，一面向周围介质中扩散前进扩散前进，称为，称为旋转射流旋转射流。一、基本特征一、基本特征旋转是旋转射流基本特征，旋转使射流获得向四周扩旋转是旋转射流基本特征，旋转使射流获得向四周扩散的散的离心力离心力。和一般射流比较，。和一般射流比较，扩散角

21、大扩散角大，射程短射程短，射流射流的紊动性强的紊动性强。二、旋转射流的流速分布二、旋转射流的流速分布旋转射流的速度分解为三个分量：沿射流前进方向的旋转射流的速度分解为三个分量：沿射流前进方向的轴轴向速度向速度v vx x，在横截面上沿半径方向的，在横截面上沿半径方向的径向速度径向速度v vr r，在横截面，在横截面上做圆周运动的上做圆周运动的切向速度切向速度v v三、旋转射流压强分布三、旋转射流压强分布 旋流器出口的旋转射旋流器出口的旋转射流中心压力低于大气压强流中心压力低于大气压强的，随着旋转射流沿轴向的，随着旋转射流沿轴向前进，静压强前进，静压强p p越来越接近越来越接近p pa.a.旋转

22、射流中心由于低于旋转射流中心由于低于大气压强，具有强烈的卷大气压强，具有强烈的卷吸能力。吸能力。202vpppa6.5 6.5 旋转射流旋转射流四、旋转强度四、旋转强度 旋转强度表征旋转射旋转强度表征旋转射流的特性。其值越大，旋流的特性。其值越大，旋转射流的旋转越厉害，回转射流的旋转越厉害，回流区越大，旋转扩散角也流区越大，旋转扩散角也越大，射程越短。越大，射程越短。400dKL6.6 6.6 有限空间射流有限空间射流在射流运动中，由于受壁面、顶棚以及空间的限制，在射流运动中，由于受壁面、顶棚以及空间的限制，自由射流规律不再适用，因此必须研究受限后的射流即有自由射流规律不再适用，因此必须研究受

23、限后的射流即有限空间射流运动规律。目前有限空间射流理论尚不完全成限空间射流运动规律。目前有限空间射流理论尚不完全成熟，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。设计使用。一、射流结构一、射流结构有限空间射流由有限空间射流由自由扩张段、有限扩张段、收缩段组成自由扩张段、有限扩张段、收缩段组成6.6 6.6 有限空间射流有限空间射流二、动力特征二、动力特征射流内部压强是变化的，随射程的增大，压强增大，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，达稳定值后比周围压强要高些。射流直至端头压强最大，达稳定值后比周围压强要高些。射流中各横截面上动量不相等，沿程减少。中各横截面上动量不相等，沿程减少。三、回流速度的半经验公式三、回流速度的半经验公式xfexdFvvxx2377 .100010177. 06.6 6.6 有限空间射流有限空间射流 在房间长度在房间长度l l大于射程长度大于射程长度L L4 4情况下，实验证明在封闭末情况下，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不希望的，端产生涡流区。涡流区的出现是通风空调工程所不希望的，应当清除。应当清除。6.6 6.6 有限空间射流有限空间射流