第五章 射流

第六章射流射流概念：当流体由喷嘴喷射到一个足够大的空间时，流股由于脱离了原限制环境，而在空间中继续流动扩散，这种流动叫射流。射流分为：自由射流半限制射流限制射流§6.1自由射流形成自由射流必须同时具备的条件：1周围的介质为静止介质，且物理性质与喷出的介质完全相同。2流股在整个流动过程中不受任何液面或固体壁面的限制。一自由射流的特点始段主段（基本段）转折截面内边界射流核心外边界极点自由射流示意图uum沿射流方向可将射流分为两段：初始段和主段•初始段：即射流中心速度仍为初始速度的区段，长度大约是喷管直径的6倍。（即射流核心区和射流边界层）•主段：即中心速度逐渐减小的区域（射流边界层区）•转折截面：由始段向主段转变的截面。其特点是只有中心一点的速度为初始速度。•射流核心区：保持速度为初始速度的区域•射流极点：射流外边界线逆流向延长线的交点。•初始段的射流的结构沿径向可分为外边界、内边界、射流边界层。•外边界：射流流股与环境介质之间的界面。界面上的气体分子具有运动的趋势，速度为零。•内边界：指喷出的气体的速度仍为喷出速度u0的的气体与已在运动着的、速度小于u0的气体的分界面。•射流边界层：内边界和外边界之间的区域。射流边界层是向两边扩展；一是向外扩展，引射更多的静止气体进入边界层；一是向内扩展，与保持速度为初始速度的区域（射流核心区）进行动量和质量的交换，使该区逐渐的减小。1压力P：由于射流介质喷出后便与环境相遇，故可认为射流流股的压力与环境相同，即在射流中的截面上的压力保持不变，在径向亦为不变。2动量mu：随射程的增加，速度减小，但流量增加，即射流流股的动量不随射程的变化而变化，是一常数。速度的减小由质量的增加而抵消。此即为自由射流的一个主要的特点。二各流动参数沿射流方向的变化规律根据能量平衡有：（P69:(7.1a))化简上式即得动量守恒方程。m0u0=(m0+m0’)u1=m1u13动能1/2(mu2)单位时间的动能为1/2(mu2),虽然质量是增加的，但不足以抵消速度的减小，故自由射流的动能随X的增加而减小，只要距离足够远，以至于降至为零。2')(22)'(221021002100200umuumummumX射流参数变化图中心速度动能压力流量动量三自由射流截面上的速度分布uu/umr/r0.5轴对称射流主段不同截面上的速度分布曲线，随射流沿流动方向射程x的增加，速度分布是变化的，距出口处越远，分布曲线越平坦。但同一半径上的速度u与中心速度um的比值不变，即无因次速度与无因次坐标都是相同的。说明射流主段中各截面的速度分布是相似的。四射流中心线上的流速式中：a实验常数，圆形射流为0.07～0.08r0管嘴断面半径l离管口的距离29.096.000raluum湍流条件下，圆形射流中心速度的计算可用下式（P70式（7.4））：圆形射流截面平均流速u均与中心流速um的关系(P69式7.3)：u均=0.257um圆形截面主段的速度分布：初始段边界层的速度分布：y初始段中某一点距内边界的距离b边界层的厚度um射流中心速度223])(1[Rruum2230])(1[byuu•指沿固体表面的射流•特点：射出后一侧紧贴壁面，另一侧则不受限制，且上下的速度分布是不对称的。其结构如图所示：自由湍流层Ⅲ湍流贴壁层Ⅱ层流底层Ⅰ§6.2半限制射流据实验观测测定，结构如图可分为三部分：一是层流底层:其运动受流体粘性的制约；二是湍流贴壁层：该层的边界可认为是在射流各截面上速度最大的地方；湍流贴壁层外即为自由湍流层：特点是以射流各截面速度最大处为分界线该线以下为贴壁流动，即Ⅰ区和Ⅱ区（可作为）湍流边界层来考虑，自由湍流层Ⅲ可作为湍流自由射流来考虑。柯安达(Coanda)效应（附壁效应）：柯安达效应流体遇到不对称边界条件时偏向固体一侧流动的现象•由于引射的作用，射流将卷吸周围的介质，对自由射流而言，射流的侧表面均能引射吸入周围的介质，介质从原来的不动到被卷入射流中去。•对于贴壁射流而言，自由湍流层Ⅲ的情况与自由射流相同，但贴近壁面的Ⅰ区和Ⅱ区由于壁面的限制，周围的介质不能被卷吸进来，使得Ⅰ和Ⅱ区的速度梯度很大，动能的增加和摩擦力的作用，使静压下降，射流的上、下两侧的压力失去了平衡，在压差的作用下，使射流弯曲并贴向壁面。此即为贴壁效应。在其它的情况下也发生柯安达效应，如图：•如图为两平行射流，由于两相邻射流的引射的相互作用，使两射流流股相互贴近直至汇合为一股射流。•工程中采用多股射流时，必须注意相邻射流的相互影响，如氧气顶吹转炉用的氧枪的多孔喷头所产生的射流夹角比喷孔中心线夹角要小，这也属于柯安达效应。工程中采用多喷头时必须注意射流间的相互影响。平行射流的汇交§6.3限制射流射流射向被四周固体壁所包围的限制空间称为限制射流。P72。作业：P75:第3、4题思考题：第1题