工程流体力学 教学课件 作者 闻建龙 第九章 湍流射流.ppt

第十章　湍流射流 湍流射流的一般属性 根据射流中流体流态分 层流射流 湍流射流 根据射流与射入空间的流体是否相同分 淹没射流 非淹没射流 根据射流周围边界情况分 自由射流（无限空间射流） 非自由射流（有限空间射流） 根据射流出流后继续运动的动力分 动量射流（简称射流） 浮力羽流 浮射流（浮力射流） 根据出口断面形状分 圆断面射流 平面射流 矩形射流 射流边界层的宽度远小于射流的长度 在射流边界层的任何阿横断面上，，横向分速度远比纵向（轴向）分速度小得多，可以认为，射流速度就等于纵向速度。 整个射流区内压强值不便。 射流主体段各断面上横向流速分布具有相似性。 射流各断面上动量守恒。 圆断面射流 由于射流的卷吸和混掺作用，射流的断面流量沿流向逐渐增加。断面流量与喷口流量之比： 平面射流 平面射流的研究方法与前面讨论的圆孔射流是一样的。 平面射流的几何特征、运动特征以及动力特征完全同圆断面 射流相似，所得的公式列于表10－2中，只不过公式中的B0为条缝 的半高，在使用时要注意。 温差射流与浓差射流 * * 湍流射流的一般属性 圆断面射流 平面射流 温差射流与浓差射流 旋转射流 一、射流的分类 二、湍流射流的形成 三、湍流射流的特性 起始段 y：所求的点到轴心的距离 R：边界层的厚度 Vm：轴心速度 主体段 y：所求的点到内边界的距离 R：边界层的厚度 Vm：vm＝v0 湍流射流的一般属性 运动特征 对于孔口的出口处： 动量为： 对于任意截面的动量可以取一个微环进行积分： 动力特征 一、轴心速度 起始段 主体段 其中， ∴ 式中： 二、断面流量 又 得 式中： 整理可得: 或 三、断面平均流速 以 表示： 四、质量平均流速 定义： 以质量平均流速 乘以流量即得单位时间通过 该断面得流体所具有得动量。 五、初始段长度 表明：圆断面射流的初始段长度和喷口的直径 成正比，与射流特性系数成反比。 六、核心区收缩角 圆柱喷管喷出的射流 在质量交换和热量交换中，热量的扩散比动量的扩散要快一些，因此，温差射流的边界层要比速度边界层厚一些，由于相差不大，在实际应用时就把温度场，浓度场的内外边界同速度场的内外边界重合在一起了，即认为他们的扩张情况一样，几何特性相同。 其中：下标m为轴心参数，e为环境参数。 ? 动力特性：扩张区域同静止气体交换动量，由于各个截面静压相等，因 此，动量守恒，运动的气体把动量给了静止的气体，使原来 静止的气体运动起来，实际上又回到了射流中。 热力特性：扩张区域同静止气体交换热量，由于过程为等压过程，由热 力学的知识可知，Q＝ΔH-VdP 即交换的热量等于运动区域与 静止区域的焓差，因此，热力特性为焓差守恒。运动的气体 把热量给了静止的气体，使原来静止的气体温度升高又回到 了射流中。 一、轴心温差ΔTm 二、质量平均温差ΔT2 三、起始段质量平均温差ΔT2 四、射流弯曲 近似的方法：取轴心线上的单位体积流体作为研究对象，只考虑受重力与浮力作用，应用牛顿定律导出公式。 有一热射流自直径为d的喷嘴喷出，射流轴线与水平线成a角，现分析弯曲轨迹。 对图中的A点即为轴心线上 单位体积射流，其上所受重力为 ρm g，浮力为ρe g0，总的向上 合力为（ρe－ρm）g。 根据牛顿定律：F＝ρm·j →（ρe－ρm）g＝ρm·j 式中j为垂直方向上的的加速度 气体在等压过程的状态方程为ρT＝const 将轴心温差转换为轴心速度关系，应用前面介绍的温差和速度的计算式，可得： 再用vm/v0倒数代入，且一并代入y’的计算式，得： 将0.11改为0.35以符合实验数据 s＝x/cosa，且以喷嘴直径d0除之，便得出无因次的轨迹方程为： 阿基米德准则数的物理意义为：射流浮升力的大小。 它是非等温射流的重力相似性准则。 上式变为： 对于平面射流： 称为阿基米德准则数， 令： 旋转射流 定义：流体在喷出前就被强制旋转，喷出后脱离了固体壁面的约束， 在无限大空间处于静止的介质中继续流动。 w?(切向速度) wx(轴向速度) wr(径向