第六章-气体射流

第六章气体射流孙猛电话:[phone]办公室：力建学院A333邮箱：[e-mail]第2页第六章气体射流目录§6.1无限空间淹没紊流射流的特征§6.2圆断面射流的运动分析§6.3平面射流§6.4温差或浓差射流§6.5旋转射流§6.6有限空间射流第3页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征第4页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征第5页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征第6页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征侧送风第7页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征顶送风第8页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征下部送风第9页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征气体自孔口、管嘴或条缝向外喷射所形成的流动，称为气体淹没射流，简称气体射流。当出口速度较大，流动呈紊流状态时，叫做紊流射流。在采暖通风工程上所应用的射流，多为气体紊流射流。射流与孔管管嘴出流的研究对象不同。前者讨论的是出流后的流速场、温度场和浓度场，后者仅讨论出口断面的流速和流量。出流空间大小，对射流流动有很大影响。出流到无限大空间中，流动不受固体边壁的限制，为无限空间射流，又称自由射流，反之为有限空间射流，又称受限射流。第10页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征射流的形成与结构喷口过渡断面射流结构1第11页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征紊流系数a及几何特征2射流外边界可看成是一条直线，其上速度为零aaKxKxxR44.24.3tana为紊流系数，与出口断面的紊流强度和出口断面上速度分布的均匀性有关。圆断面射流平面射流（6-1）第12页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征运动特征：速度分布具有相似性3特留彼尔在轴对称射流主体段的实验结果，以及阿勃拉莫维奇在起始段内的测定结果，见图6-2（a）及图6-3（a）。第13页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征运动特征：速度分布具有相似性325.11Ryvvm（6-3）第14页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征动力特征4射流边界层各横截面上的压强是近似不变的，由于周围静止流体的压强各处都相同，所以可以认为，整个射流区域内的压强都相等，温度、密度都相同。单位时间沿x方向各横截面的动量保持不变。常数0202AvdAvA由动量守恒原理第15页第六章气体射流§6.1无限空间淹没紊流射流的特征动力特征4射流边界层的宽度小于边界层的长度，射流边界层的任何横截面上，横向分速uy远小于纵向分速ux小，可以近似认为射流速度就等于它的纵向分速。第16页第六章气体射流目录§6.1无限空间淹没紊流射流的特征§6.2圆断面射流的运动分析§6.3平面射流§6.4温差或浓差射流§6.5旋转射流§6.6有限空间射流第17页第六章气体射流§6.2圆断面射流的运动分析轴心速度vm1常数0202AvdAvA20202d2vryyvA两端同除以22mvR)(22102020RydRyvvvvRrmmnnmBRydRyvv)()(10nnmCRydvv)()(10n11.522.53Bn0.09850.0640.04640.03590.0286Cn0.38450.30650.25850.22560.2015Bn和Cn取值（6-4）第18页第六章气体射流§6.2圆断面射流的运动分析轴心速度vm10464.022020mvvRrRrvvm0028.3xaxxrxrxxxrR4.3tantan/1//00000xadasrasvvm96.0147.048.0294.0965.0000无因次轴心速度与无因次距离成反比（6-5）)294.0(4.34.31tan/110000000rasrasrsxsxsxrR第19页第六章气体射流§6.2圆断面射流的运动分析断面流量Qv2)(d))((220000020000ryryvvvrvydyQQrRRvv)()()()(2102000RydRyvvrRvvQQmmvv无因次流量为再用00vvvvvvmm00rRRyry代换xadasras2.2)147.0(4.4)294.0(2.200（6-6）第20页第六章气体射流§6.2圆断面射流的运动分析断面平均流速v13xaxaxaRrQQAQAQvvvvvv19.0)4.31(2.2)(22000001断面平均流速AQvv1000AQvv无因次断面平均流速（6-7）第21页第六章气体射流§6.2圆断面射流的运动分析质量平均流速v24比较公式（6-5）和公式（6-7）发现，断面平均流速v1仅为轴心流速的20%。通风、空调工程通常使用的是轴心附近较高的速度区，因此v1不能恰当地反映被使用区的速度。质量平均流速：用v2乘以质量即得真实轴向动量200vQvQvv294.04545.04545.02.210002rasxaxaQQvvvv（6-8）mvv47.02第22页第六章气体射流§6.2圆断面射流的运动分析起始段核心长度及收缩角5核心长度sn为过渡段至喷嘴的距离将vm=v0，s=sn代入公式（6-5）1294.0965.000rasvvnmarsn0671.0核心收缩角θasrn49.1tan0（6-9）（6-10）第23页第六章气体射流§6.2圆断面射流的运动分析起始段流量Qv62000)(32.176.01rasrasQQQvvv20020001)(56.118.61)(32.176.01rasrasrasrasvv起始段断面平均流速v17起始段质量平均流速v2820002)(32.176.011rasrasvv（6-12）（6-13）（6-14）第24页第六章气体射流【例1】轴流风机水平送风，风机直径d0=600mm，出口风速10m/s，求距出口10m处的轴心速度和风量。解：查表6-1，a=0.12§6.2圆断面射流的运动分析224.0147.06.01012.048.0147.048.000dasvvmm/s24.210224.0224.00vvm45.9)147.06.01012.0(4.4)147.0(4.400dasQQvv/sm7.26106.0445.9445.945.9320200vdQQvv第25页第六章气体射流【例2】已知空气淋浴地带要求射流半径为1.2m，质量平均流速v2=3m/s，圆形喷嘴直径为0.3m。求：（1）喷口至工作地带的距离s；（2）喷嘴流量解：查表6-1，a=0.08)147.0(8.600dasdD)147.03.008.0(8.63.04.2ss=3.86m193.0294.015.086.308.04545.0294.04545.0002rasvvm/s54.15193.020vv/s1.095m15.540.344320200vdQvm26.1671.00arsn主体段第26页第六章气体射流目录§6.1无限空间淹没紊流射流的特征§6.2圆断面射流的运动分析§6.3平面射流§6.4温差或浓差射流§6.5旋转射流§6.6有限空间射流第27页第六章气体射流§6.3平面射流气体从狭长隙缝中外射运动时，射流在条缝长度方向几乎无扩散运动，只能在垂直于条缝长度的各个平面上扩散运动，这种流动可视为平面运动，故称平面射流。平面射流的几何、运动和动力特征完全与圆断面射流相似，所以各运动参数规律的推导基本与圆断面类似，这里不再推导，公式列于表6-3中。第28页第六章气体射流§6.3平面射流第29页第六章气体射流§6.3平面射流第30页第六章气体射流§6.3平面射流无因次轴心流速沿程变化关系00.20.40.60.811.2051015202530354045无因次轴心流速距离s（m）圆断面射流平面射流051015202530051015202530354045无量纲流量距离s（m）圆断面射流无因次流量沿程变化关系无因次断面平均流速沿程变化关系00.20.40.60.811.2051015202530354045无量纲断面平均流速v1距离s（m）圆断面射流00.20.40.60.811.2051015202530354045无量纲质量平均流速距离s（m）圆断面射流无因次质量平均流速沿程变化关系第31页第六章气体射流可以看出，各无因次参数对平面射流来说，都与无因次距离有关。和圆断面射流相比，流量沿程的增加、流速沿程的衰减都要慢些。这是因为运动被限定在垂直于条缝长度的平面上的缘故，圆形截面的射流射出距离短，容易被其他气流吸卷，增加气流的混掺。应用：锅炉喷燃器，采用扁长形截面，射流的射出距离长，可以射到炉膛深处，增加焰火内部的扰动。41.00bas§6.3平面射流第32页第六章气体射流目录§6.1无限空间淹没紊流射流的特征§6.2圆断面射流的运动分析§6.3平面射流§6.4温差或浓差射流§6.5旋转射流§6.6有限空间射流第33页第六章气体射流在采暖通风空调工程中，常采用冷风降温、热风采暖，这时就要用温差射流。将有害气体及灰尘浓度降低就要用浓差射流。所谓温差、浓差射流就是射流本身的温度或浓度与周围气体的温度、浓度有差异。温差或浓差射流分析，主要是研究射流温差、浓差分布场的规律，同时讨论由温差、浓差引起射流弯曲的轴心轨迹。射流形成过程中发生横向动量交换，出现漩涡，使之动量交换、热量交换、浓度交换。§6.4温差或浓差射流第34页第六章气体射流§6.4温差或浓差射流温差射流的特征1（1）几何特征除常规射流的动量、质量交换，温差射流还存在热量交换。由于热扩散略快于动量扩散，因此温度边界层比速度边界层发展要快些厚些。但在处理实际问题时，为简化起见，认为二者相同第35页第六章气体射流§6.4温差或浓差射流温差射流的特征1（2）温差、浓差分布的相似性试验得出，温差分布、浓差分布与速度分布关系如下：5.1)(1RyvvTTmmm截面上任一点温差eTTT-轴心温差emmTTT-截面上任一点浓差e-轴心浓差emm-第36页第六章气体射流§6.4温差或浓差射流温差射流的特征1（3）热力学特征：在等压情况下，射流断面上相对焓值流量不变。RvQyvdyTcTcQTdQc0002参数R、Qv、vm、v1、v2等可使用前两节所述公式，仅需对轴心温差ΔTm、平均温差等沿射程的变化规律进行讨论。第37页第六章气体射流§6.4温差或浓差射流圆断面温差射流的几个计算公式2（1）轴心温差ΔTmxadasrasTTm706.0147.035.0294.0706.0000（2）质量平均温差ΔT2xadasrasTT455.0147.023.0294.0455.00002（3）起始段质量平均温差ΔT220002)(32.176.011rasrasTT（6-18）（6-17）（6-16）第38页第六章气体射流§6.4温差或浓差射流浓差射流3对于浓差射流，其规律与温差射流相同，所以温差射流公式完全适用于浓差射流，见表6-4。第39页第六章气体射流§6.4温差或浓差射流浓差射流3第40页第六章气体射流§6.4温差或浓差射流射流弯曲4温差射流或浓差射流由于密度和周围密度不同，所受重力与浮力不相平衡，使整个射流发生向下或向上弯曲。取轴心线上的单位体积气体为研究对象,只考虑重力与浮力作用。第41页第六章气体射流§6.4温差或浓差射流射流弯曲4根据牛顿定律，有jgFmme)(gjmme