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第三章 射流理论 §3－1 等温自由射流理论 自由射流: 无固体边界限制的射流 1. 基本特性 平行射流组的流动 初始段：轴心速度为v0的区段； 基本段： 两相邻射流混合的截面; 过渡段: 初始段与基本段之间的区域. 由于相邻射流的引射作用,初始段缩短30%左右; 实测初始段无因次速度分布: 1. 平行射流组的流动 边界层厚度增加较快, b=0.315x; 射流汇合,各自中心现出速度um仍最大 ,喷嘴间处速度u2最小; 离喷嘴越远,速度场趋于平坦; 每一喷嘴范围内的速度场仍具有相似性; 2. 射流的相互碰撞 射流变形图 2. 射流的相互碰撞 在垂直截面上射流尺寸受到压缩,混合后以一定扩张角流动; 在水平截面上射流变得很宽,射流角越大, 宽度越大; 动量相同的圆形射流相遇后射程最大, 抽吸周围介质量最少; 当两股初动量相等的射流正对互撞,射流顺着与初始方向垂直的方向流动; 当对撞的射流不在同一轴线上,会形成旋转的环流区. 2. 射流的相互碰撞 射流正对撞后的流动 2. 射流的相互碰撞 中心线错开的逆向射流 * 煤燃烧国家重点实验室 SKLCC * 1) 转捩截面 2) 开始区域和基本区域 3) 具有初始速度的核心区 4) 湍流边界层 – 在内边界 (v=vo) 和外边界 (v=0)间的区域 5) 极点: 外边界表面的交汇点 6) 相似性 在基本区, 无量纲速度是完全相似的 即在对应点 其中 vm - x 轴向速度 yc – 距x轴具有速度为 (1/2)vm 的距离. (3-1) b – 射流的半宽 在开始区，不同截面边界层内的速度分布是相似的 其中 (3-2) 7) Vm的衰减 (3-3) 2. 湍流特性 1) 在核心区, y↑, x↑, nt↑ 2) 在基本区， ntmax 3 nto 3) vx vy ≈vz, v’x ≈ v’y ≈ v’z 在核心区, (3-4) 4) 混合长度 ltx/b = 0.11 lty/b = 0.10 (3-5) 3. 外边界和等速度线 在基本区 从速度的相似性 同样, (3-6) 对于 (3-7) 即 (3-8) §3-2 自由射流的半理论、半经验公式 1. 等温自由射流的动量传递 对于自由射流, (3-11) 1) 圆形截面自由射流 (3-12) 喷嘴出口的初始动量 当流体为不可压缩时 定义, 从实验, (3-13) 在转捩截面, vm = v0 (3-14) 通过任何截面的气体量 (3-15) 在转捩截面, vm = v0 (3-16) 定义射流在某一截面的平均速度 (3-17) 这表明截面平均速度是Vm 的 20% . 为计算 b, G, vav, 需要vm = f (x) 定义 a – 经验常数 从射流理论 , (3-17) 在转捩截面, vm = v0 转捩截面到极点的距离 xn (3-18) 极点的深度 s0 从射流理论, b/ax = fb = 3.4 (3-19) 某一截面到喷嘴出口的距离 s (3-20) (3-21) a = 0.07 ～ 0.08 这些关系式在具有圆形截面的自由射流基本区内有效. 其它两个速度分布关联式 (3-22) (3-23) 射流半角： au = 4.85° 2) 平行平面射流 y x b b0 s0 s x 对于单位厚度的射流 从动量守恒, (3-24) 假定气体为不可压缩 从射流理论, fb = b/ax = 2.4 (3-25) 在转捩截面, vm = v0 (3-26) 转捩截面到极点距离 xn 或 (3-27) 假定在基本区和开始区的扩散角相同, (3-28) (3-29) a – 经验常数, ≈ 0.1 - 0.11 通过任意截面的气体量 (3-30) 在转捩截面, vm = v0 (3-31) (3-32) 从Van der Hegge Zijnen的实验数据, 或 (3-33) 2. 非等温射流的传热 从Taylor 的湍流理论 (3-34) 其中 DT = T - Th 当射流的焓以温差计算, (3-35) 对于圆形射流, 变换 定义 f = y/ax, fb = b/ax = 3.4 (从射流理论) (3-36) (a = 0.07 - 0.08) 对于平面射流, (a = 0.1 - 0.11) (3-37) 可以证明组分的扩散与温度完全一致. §3-3 工程设备中常见特殊射流 1. 平行射流组的流动 平行射流组