第九章 射流

第九章射流9.1概述1射流及其分类射流是指从各种形式的孔口或喷嘴射入另一流体域内的一股流体的流动。（流动的周界是另一种或同一种流体，不受固体边界的制约。附壁射流除外。）射流的形式多种多样，既受射流本身性质制约，又受周围环境流体性质和射流空间几何条件等多方面因素的影响。流态层流射流紊动射流射流空间有限空间射流：非自由射流，受限射流。（如附壁射流）无限空间射流：自由射流流体非淹没射流：不同性质流体（如大气中的水射流）。淹没射流：同种流体出口断面形状平面射流（无限宽条缝）圆断面射流（轴对称）矩形出口射流原动力动量射流：较大初始动量浮力羽流：密度差产生的浮力浮射流：初始动量和浮力双重作用自由湍流射流高压水龙分类边界层特点按喷口按环境应用横向压强梯度=0横向速度梯度纵向横向尺度纵向尺度燃料喷注喷射助推圆孔射流狭缝射流伴随射流自由射流排气排污火箭发动机燃烧室油气田、通风消防、采煤、喷灌空气射流的流动显示水射流的流动显示2紊动射流的性质（1）几何特征——射流结构过渡断面（又称转折断面）起始段及主体段速度为u0的部分称为射流核心，其余部分速度小于u0称为边界层。射流边界层沿流程扩展到射流轴心线，核心区域消失，只有轴心点上速度为u0。射流这一断面称为过渡断面或转折断面（BOE）。出口断面至过渡断面称为射流起始段。过渡断面以后称为射流主体段。极角（又称扩散角）实验结果及半经验理论都得出射流外边界是一条直线。M点称为极点；∠AMD的一半称为极角（或扩散角）。对圆断面：3.4tgKaa25.1211])(1[)()(Ryuubyfbyfuumm值确定，射流边界层的外边界线也就被确定，射流即按一定的扩散角向前作扩散运动。（2）运动性质：各断面流速分布具有相似性。特留彼尔在轴对称射流主体段的实验结果阿勃拉莫维奇在起始段内的测定结果.2ConstdAuA（3）动力性质：等密度射流的动量守恒性质。以圆断面射流为例应用动量守恒原理Rrydy22200023射流问题的分析途径理论方法：应用边界层理论微分方程解：直接求解射流边界层的偏微分方程动量积分解：采用动量积分将偏微分方程变为常微分方程求解实验方法：量纲分析整理试验资料，求得经验关系式。求解的问题：射流轴线轨迹，射流扩展范围，流速分布，流速和流量沿流的变化，密度、温度、浓度分布等。)exp(22embyuu)exp(22embruu9.2常见射流问题的动量积分解前提：等密度自由紊动射流，环境为静止的同种流体。平面射流圆断面射流主体段断面流速分布（高斯分布）半厚度ebxxbe154.0114.0368.01euum轴线流速mu2100)2(28.2xbuum002,2.6rDxDuum流量2100)2(62.0bxQQDxQQ32.00卷吸系数起始段长度069.0meuv056.0)2(2.500bLDDL8.6,2.60扩展系数（边界线性扩展）含有物浓度的断面平均稀释度距离源点距离喷口])(exp[20mcbbycc)exp(222embycc)exp(222embrcc平面射流圆断面射流主体段断面浓度分布（高斯分布）浓度分布与速度分布的宽度比41.112.1轴线浓度2100)2(973.1xbccmxDccm59.50混合区流速分布])(exp[20mcbbyuu])(exp[20mcbbruumcbb起始段混合区浓度分布])(exp[20mcbbrcc核心区半厚度混合区半厚度•例题：P.224例6.1,6.2•圆断面射流和平面射流的比较：图6.18图6.15源点在喷口外源点在喷口内扩展快9.3浮力羽流•浮力羽流是由于射流与环境流体之间存在密度差，且初始动量很小，主要在浮力作用下继续流动和扩散。•特殊性：第一要有密度差；第二是初始动量很小，可忽略。•烟气的上升；热水排放。•属变密度射流：卷吸作用造成密度不仅沿程变化，在同一断面上分布也不均匀。rzbb1羽流的基本方程（1）点源羽流mwewmecm在无限空间静止流体中，由于点源射流的浮力作用形成上升羽流。紊动使得断面逐渐扩大，形成轴对称流动。选用圆柱坐标（z，r）方程组：6.98,6.100，6.101或6.102或6.103，状态方程6.105，6.106（2）线源羽流oyz为y-z平面上的二维流动。方程组：6.137,6.138，6.139，状态方程6.105，6.1062羽流参数的计算方法一：求解控制方程组。需采用一定的紊流模型对脉动项进行处理；方法二：利用合理假定，积分求解常微分方程。相似性假定卷吸假定计算结果：P.234表6.19.4浮射流自学P.238——P.254