工程流体力第九章 湍流射流.ppt

第十章　湍流射流 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 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） 一、射流的分类 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 二、湍流射流的形成 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。 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 圆断面射流 一、轴心速度 起始段 主体段 其中， ∴ 式中： 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： 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 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 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：