流体力学课件6气体射流PPT
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流体力学第6章讲解
2、射孔的形状，圆孔口和方孔显然其扩张的情况不会相同。不同的射口形状有 不
同的实验值。用φ表示这个影响因素， 对圆断面射流 φ＝3.4，长条缝射孔 φ＝2.44。
圆孔综口合射这流两：个t影g响因素K：x k＝Kφα 3.4a
x
R 1 3.4 as 3.4( as 0.294)
r0
vm
vm r0 1
1
v0 R
2
1
[(11.5 )2 ]2d
0
9
第二节圆断面射流的运动分析
1
n
1
n
[(1 1.5 )2 ] d Bn; [(1 1.5 )2 ] d Cn
0
0
n
1
1.5
2
2.5
3
Bn
0.0985
0.064
0.0464
0.0359
0.0286
第一节无限空间淹没紊流射流特性
二、紊流系数a及几何特征
其斜率即：tga＝常数＝k。 对于不同的条件，k值是不同的常数，也叫实验常数。 通过实验发现，k值的影响因素有两个主要的因素：
1、射孔出口截面上气流的紊流强度。 紊流强度的大小用紊流系数a（A）来表示：a大紊流的强度就大，因此，紊
流 系数的大小可以反映出射流的扩张能力，所以，a也叫表征射流流动结构的 特征系数。另一方面，由于a反映的是射流混合能力的大小，因此，a还可以反 映孔口出口截面上的速度均匀程度。a越小，则混合能力越差，说明流速越均匀 。
二、断面流量Q
R
微环面的流量表达式 Q 2vydy Q0 r02v0
0
主体段：
R
Q
v r 0
y
y
2 ( )( )d( )
流体力学第6章
起始段： 起始段： y：所求的点到内边界的距离 R：边界层的厚度 Vm：vm＝v0
v 截面上y点的速度 = v m 同截面上轴心点的速度
主体段： 主体段： y：所求的点到轴心的距离 ： R：边界层的厚度 ： Vm：轴心速度
v y 1 .5 2 1 .5 2 = [1 ( ) ] = [1 η ] vm R
2 ρQ 0 v 0 = πρ r02 v 0 = ∫ 2πρ v 2 ydy 0 R
r0 2 v 0 2 v 2 y y ( ) ( ) = 2∫ ( ) ( )d ( ) R vm vm R R 0 y v 2 ) = [( 1 η η = ( R vm
1 .5
1
) 2 ]2
vm r0 1 = × × v0 R 2
流体力学
主讲：周传辉
暖通教研室
二00二年十一月
1
第六章 气 体 射 流
第一节 无限空间淹没紊流射流特性 第二节 圆断面射流的运动分析 第三节 平面射流 第四节 温差或浓差射流 第五节 有限空间射流
第一节 无限空间淹没紊流射流特性
气体射流依据其射入空间的大小可分为自由射流和受限射流 自由射流（无限空间射流） 射入的空间足够大， 自由射流（无限空间射流）：射入的空间足够大，空间的固 定边界对射流没有限制作用， 定边界对射流没有限制作用， 射流处于自由扩张状态。这种 射流处于自由扩张状态。 射流就叫自由射流或无限空间 射流。比如：露天的管道放气 射流。比如： 受限射流（有限空间射流） 受限射流（有限空间射流）：射流受到周围空间固定边界的 限制， 限制，射流的扩张运动受到影 响。这种射流就叫受限射流。 这种射流就叫受限射流。 比如：室内送风。 比如：室内送风。
vm R 2 1 v vm R 2 1 Q y y = 2( )( ) ∫ ( )( )d ( ) = 2( )( ) ∫ [(1 η 1.5 ) 2 ] d η η Q0 v 0 r0 0 v m R R v 0 r0 0
v 截面上y点的速度 = v m 同截面上轴心点的速度
主体段： 主体段： y：所求的点到轴心的距离 ： R：边界层的厚度 ： Vm：轴心速度
v y 1 .5 2 1 .5 2 = [1 ( ) ] = [1 η ] vm R
2 ρQ 0 v 0 = πρ r02 v 0 = ∫ 2πρ v 2 ydy 0 R
r0 2 v 0 2 v 2 y y ( ) ( ) = 2∫ ( ) ( )d ( ) R vm vm R R 0 y v 2 ) = [( 1 η η = ( R vm
1 .5
1
) 2 ]2
vm r0 1 = × × v0 R 2
流体力学
主讲：周传辉
暖通教研室
二00二年十一月
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第六章 气 体 射 流
第一节 无限空间淹没紊流射流特性 第二节 圆断面射流的运动分析 第三节 平面射流 第四节 温差或浓差射流 第五节 有限空间射流
第一节 无限空间淹没紊流射流特性
气体射流依据其射入空间的大小可分为自由射流和受限射流 自由射流（无限空间射流） 射入的空间足够大， 自由射流（无限空间射流）：射入的空间足够大，空间的固 定边界对射流没有限制作用， 定边界对射流没有限制作用， 射流处于自由扩张状态。这种 射流处于自由扩张状态。 射流就叫自由射流或无限空间 射流。比如：露天的管道放气 射流。比如： 受限射流（有限空间射流） 受限射流（有限空间射流）：射流受到周围空间固定边界的 限制， 限制，射流的扩张运动受到影 响。这种射流就叫受限射流。 这种射流就叫受限射流。 比如：室内送风。 比如：室内送风。
vm R 2 1 v vm R 2 1 Q y y = 2( )( ) ∫ ( )( )d ( ) = 2( )( ) ∫ [(1 η 1.5 ) 2 ] d η η Q0 v 0 r0 0 v m R R v 0 r0 0
流体力学_龙天渝_气体射流
四、射流弯曲温差射流或浓差射流由于密度与周围密度不同， 所受的重力与浮力不相平衡，使整个射流将发生向下或向上弯 曲。通过推导可得出无因次轨迹方程为
式中，
为阿基米德准数，于是上式变为
对于平面射流，有 式中，
[例6-3]工作地点质量平均风速要求3m/s，工作面直径D=2.5m 送风温度为15℃，车间空气温度30 ℃，要求工作地点的质量 平均温度降到25 ℃ ，采用带导叶的轴流风机，紊流系数 = 0.12。求（1）风口的直径及速度;（2）风口到工作面的距离。 [解]温差 =15-30=-15 ℃
求出
代入下式
所以
工作地点质量平均风速要求3m/s 因为 所以 风口到工作面距离s可用下式求出
第五节 旋转射流
一、旋转射流概述 气流通过具有旋流作用的喷嘴外射运动。气流本身一面旋转， 一面向周围介质中扩散前进，这就形成了旋转射流。 二、旋转射流的流速分布 如图6-10 三、旋转射流的压强分布 图6-13反映了无因次压强的变化
四、旋转强度 旋转强度 的定义
式中 L0——流体进入旋流器时，相对于旋转轴的动量矩； K0——旋流器出口断面上的平均动量； d——旋流器出口断面直径。 图6-14中比较了不同 的射流的无因次速度沿射流轴向的变 化情况；图6-15是在不同的 值下，无因次流量变化曲线。
四、无因次流量 及 无因次流量计算的计算公式
五、起始段核心长度sn及核心收缩角
六、起始段流量QV
七、起始段断面平均流速v1
八、起始段质量平均流速v2
第三节 平面射流
气体从狭长缝隙中外射运动时，射流在条缝长度方向几乎无扩 散运动，只能在垂直条缝长度的各个平面上扩散运动。这种流 动称为平面射流。从表6-3中可看出，各无因次参数
《流体力学》第六章气体射流ppt课件
1
6.8
as r0
11.56
as r0 as r0
2
1 0 .4 3 a s
v1 v0
1
b0 2 .4 4 a s
b0
段
质量平均 v 2
流速
v2 v0
10.76as r0
1
2
1.32
as r0
v2 v0
1
1 0.43 as
b0
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27
段名 参数名称 符号 圆断面射流
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14
Bn和Cn值
n
1
1.5
2
2.5
3
Bn 0.0985 0.064 0.0464 0.0359 0.0286
Cn 0.3845 0.3065 0.2585 0.2256 0.2015
Bn
1
(
v
)nd
0 vm
Cn
1
(
v
)n d
0 vm
rR02vvm 0 22B220.0464
v 3.28 r m
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17
射流参数的计算
段 名
参数名称
符号
圆断面射流
平面射流
主 扩散角 α tg3.4a tg2.44a
体
段 射流直径 或半高度
D b
D d0
6.8
as d0
0.147
b b0
2.44
as b0
0.41
ppt精选版
18
段名 参数名称 轴心速度
主
流量
体 断面平均 流速
段 质量平均 流速
符号
vm
Q
圆断面射流
第6章气体射流正式
19
送、回风的形式与特点（一）上送
20
送、回风的形式与特点（一）上送
21
送、回风的形式与特点（一）上送
22
送、回风的形式与特点（一）上送
23
送、回风的形式与特点（一）上送
24
送、回风的形式与特点（一）上送
25
送、回风的形式与特点（二）中送
26
风口
（二）类型
27
风口
（二）类型
百叶风口
28
风口
（二）类型
散流器
29
风口
（二）类型
散流器
30
风口
（二）类型
散流器
31
风口
（二）类型：条缝风口 类型：
32
风口
（二）类型
（二）类型 4、旋流风口 、
适用于下送风
33
风口
（二）类型
34
三、风口
（二）类型：格栅风口 类型：
35
6·2 圆断面射流的运动分析 2
根据紊流射流特征来研究圆断面射流的速度、 根据紊流射流特征来研究圆断面射流的速度、流量 沿射程的变化规律
44
6·2 圆断面射流的运动分析 2 起始段
8、起始段质量平均流速V2 、起始段质量平均流速
45
6·3 平面射流 3
46
6·4 温差或浓差射流 4 一、概述
1、概念 温差、 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。 与周围气体的温度、浓度有差异。在采暖通 风空调工程中，常采用冷风降温，热风采暖， 风空调工程中，常采用冷风降温，热风采暖， 就要用温差射流； 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。 低就要用浓差射流。
(完整版)第六章气体射流
6.4 温差或浓差射流
温差（浓差）射流—本身温度（浓度）与周围有差异的射流 射流内边界层 温度内边界层
温度外边界层 射流外边界层
为简化，忽略温度（浓度）与射流速度边界的差
对于温差射流
出口截面与外界温差 轴心与外界温差
T0 T0 Te
Tm Tm Te
截面上某点与外界温差 T T Te
对于浓差射流
Q0v0 r02v02
任意截面动量
R
v2 ydyv
R 2v2 ydy
0
0
动量守恒
r02v02
R 2v2 ydy
0
6.2 圆断面射流的运动分析
根据紊流射流的特征来研究圆断面射流的速度、流量沿 射程的变化规律。
□ 6.2.1 轴心速度vm
方程两端同除 R2vm2 :
r02v02
喷嘴种类
带有收缩口的喷嘴 圆柱形管 带有导板的轴流式风机 带有导板的直角弯管 带有金属网的轴流式风机 收缩极好的平面喷口 平面壁上锐缘狭缝
具有导叶磨圆边口的风道纵向缝
a 0.066 0.08 0.12 0.20 0.24 0.108 0.118
0.155
2α 25o20' 29o00' 44o30' 68o30' 78o40' 29o30' 32o10'
41o20'
喷嘴上装置不同型式的风板栅栏，则出口截面上气流的扰动紊乱程度不同， 因而紊流系数 a 不同。扰动大的紊流系数 a 值增大，扩散角 α 也增大。
◇ 圆断面射流半径沿射程的变化规律
射流半径的沿程变化规律
R r0
3.4
as r0
0.294
流体力学第六章 气体射流
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
2.运动特征：速度分布具有相似性。 特留彼尔在轴对称射流主体段的实验结果，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）。
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
3.动力特征 射流中的压强与周围流体中的压强相等。 可得各横截面上轴向动量相等——动量守恒，动量守 恒方程式为：
6.4 温差或浓度差射流
6.4 温差或浓度差射流
三.射流弯曲 温差射流或浓差射流由于密度与周围密度不同， 所受的重力与浮力不相平衡，使整个射流将发生向下或向上弯 曲。通过推导可得出无因次轨迹方程为
6.4 温差或浓度差射流
[例6-3]工作地点质量平均风速要求3m/s，工作面直径D=2.5m 送风温度为15℃，车间空气温度30 ℃，要求工作地点的质量 平均温度降到25 ℃ ，采用带导叶的轴流风机，紊流系数 = 0.12。求（1）风口的直径及速度;（2）风口到工作面的距离。 [解]温差 =15-30=-15 ℃
6 气体射流
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
一.射流结构 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。射流的流动特性及结构图：
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
二.射流的特性 1. 几何特性： 外边界线为一直线。tan a 紊流系数 a 是表征射流流动结构的特征系数。它与出口断 面上紊流强度有关，紊流强度越大。各种不同形状喷嘴的紊 流系数和扩散角的实测值列于表6-1。
一.特点：1.温度边界层与速度边界层不重合。 2.射流发生弯曲。
6.4 温差或浓度差射流
二.特性: 1.温差特性： 试验得出，截面上温差（浓度差分布）分布具有相 似性。 与速度分布关系如下：
流体课件
R 2 r 0
2
2
Rr r0 r r0
v y y r R Rr r v y d 2 r 0 d r r v0 R R 0 0 r0 v0 R
R r R 2 B1 2 C1 r r r 0 0 0
流体力学泵与风机
例 有一两面收缩均匀的0.05×0.05m正方形射孔,出口速度10m/s,求距出口3m 处气流平均流速v1与质量平均流速v2. 解:设3m处截面处在主体段内.查表取a=0.07
4 0.052 de d e 0.05m 2 0.05 0.05 4A
v1 0.095 0.48 v1 0.219m / s v0 as 0.147 0.07 3 0.147 d0 0.05 v2 0.23 0.23 0.053 v2 0.53m / s v0 as 0.147 0.07 3 0.147 d0 0.05
由图中可得： R x0 s s s s 1 1 1 3.4a r0 x0 r0 x0 / r0 r0 / tg r0
as R 3.4 0.294 r r0 0
as D 6.8 0.147 d d0 0
v 截面上y点速度 v m 同截面轴心点速度
阿勃拉莫维奇起始段的无因次量
y y0.5v0 yc yb y0.9v0 y0.1v0
v y点速度 v0 核心速度
第一节 无限空间淹没紊流射流的特征
二 射流运动特征
流体力学泵与风机
阿勃拉莫维奇在起始段的的测定结果以及阿勃拉莫维奇起始段结果：
二 断面流量Q
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u同，但各断面的无因
次速度分布规律是相同的。主体段任一断面上从轴心
到外边界各点的流速与断面轴心流速之比的变化规律
10
6.1 无限空间淹没紊流射流
就整个射流而言，沿射程各断面上的流速沿程不断衰 减，但卷吸进来的流体与射流气体之间的动量交换强 度是从外向内逐渐减弱，因此各断面轴心处的流速为 最大，从轴心向外，流速由最大值逐渐减小到零。因 此各断面流速分布虽然不同，但对大量实验所得数据 的无因次化整理，找出了射流主体段各断面的无因次 速度与无因次距离之间具有同一性。在这里无因次速 度，是指射流横断面上任意一点流速u与同一断面上 轴心流速um的比值，即
以过渡断面为界，从喷口到过渡断面称为射流的起始 段。过渡断面以后的射流称为射流主体段。起始段射 流轴心的速度都为v0，而主体段轴心速度沿x方向不断 下降。
5
6.1 无限空间淹没紊流射流
6.1.1.2 射流的特征 根据实验，紊流射流的基本特征主要表现在以下三个 方面： （1）几何特征 无限空间淹没紊流射流由于不受周围固体边壁的影响， 从图6.1可以看出，射流的外边界呈直线状扩散，两条 边界线ABC与DEF延长交于喷口内M点，该点称为射 流的极点。两边界线夹角的一半称为射流的极角或扩 散角，以符号α表示。 从喷口轴心延长的x轴方向为圆断面射流的对称轴， 射流任一断面的轴心到边界线的距离为该截面的半径 R（对平面射流称为半高度b）。射流的任一断面的半 径(或半高度)与该断面到极点的距离成正比。
1
6.1 无限空间淹没紊流射流
按照喷口形状，又可分为圆射流、矩形射流和条缝射 流。圆形射流是轴对称射流。如矩形喷口的长短边之 比（a：b）不超过3：1时，矩形射流能够迅速发展为 圆形射流，只需要根据当量直径，就可采用圆形射流 公式进行计算。当矩形喷口长短边之比超过10：1时， 就属于条缝射流，条缝射流又称为平面射流。 按照射流的流态，有层流射流和紊流射流。气体淹没 射流的流态一般都是紊流，层流射流几乎是不存在的。
根据这一特征，就可以计算圆断面射流各断面半径沿 射程的变化规律，对照图6.1有
R x 0 s 1 s 1 3 .4 as 3 .4 (a s 0 .2)94
r 0 x 0
r 0/tan r 0
r 0
以直径表示
D6.8(as0.147) （式6.2）
d0
r0
9
6.1 无限空间淹没紊流射流
（2）运动特征 由于紊流射流质点的横向脉动，使射流的质点与周围 气体发生动量交换，从而把周围气体带入射流，随同 射流一起向前运动。这种卷吸作用会造成射流各断面 的半径和流量随射程的逐渐增大而增大，而流速逐渐 减小。在射流主体段各断面流速分布也不相同，沿射 流流程，轴心流速逐渐减小，流速分布图扁平化，这 是射流和管道流动的不同之处。
u 任意一断面上一任点意 的流速
um
同一断面上轴心流速
11
6.1 无限空间淹没紊流射流
而无因次距离，是指上述射流横断面上任意一点到轴
心的距离y与同一断面上射流半径R的比值，即
y R
横断面上流为速 u的点到轴心的距离 同一断面上的射流半径
射流主体段任一断面的无因次速度和无因次距离之间
具有这样的相似性 u ［1（y)1.5]2
7
6.1 无限空间淹没紊流射流
表6.1中列出了常用喷口的紊流系数和相应的扩散角。
表6.1 常用喷口的紊流系数、扩散角
8
6.1 无限空间淹没紊流射流
当扩散角确定后，射流边界相应也被确定，因此射流 只能以这样的扩散角作扩散运动。即射流各断面的半 径(对平面射流为半高度)是成比例的，这就是射流的 几何特征。
3
6.1 无限空间淹没紊流射流
图6.1 射流的结构
4
6.1 无限空间淹没紊流射流
射流的动量交换和卷吸作用是从外向内逐渐发展的， 在距喷口断面距离较短的范围内，射流中心的气体还 没来得及与周围气体相互作用，仍保持原喷口流速的 区域，称为射流核心，如图6.1所示的AOD部分。而 射流核心以外的区域流速小于v0，称为边界层。由于 卷吸的不断加强，参与动量交换的气体数量不断增加。 射流边界层的范围从喷口沿射流方向不断扩大，射流 核心区沿程不断减小，如图所示到达距喷口sn处，也 就是断面BOE处，边界层扩展到射流轴心，射流核心 消失，这个断面称为过渡断面或临界断面。
2
6.1 无限空间淹没紊流射流
6.1.1 气体紊流射流的基本特性
本节讨论无限空间气体紊流淹没射流，简称气体紊流 射流。这里需要指出的是，射流与周围气体温度相同。 本节主要研究气体紊流射流的运动规律。 6.1.1.1 射流的形成与结构 现以无限空间中圆形断面紊流射流为例，分析射流的 运动情况。图6.1 射流的结构 当气体从孔口或管嘴以一定的流速喷出后，由于射流 为紊流流态，紊流的横向脉动造成射流与周围气体发 生动量交换，从而把相邻的静止流体卷吸到射流中来， 两者一起向前运动，于是射流的过流断面沿程不断扩 大，流量不断增加。
6.1 无限空间淹没紊流射流
6.1无限空间淹没紊流射流 流体经孔口或管嘴流出，流入另一部分流体介质中的 流动现象，称为射流。 在供热通风与空调工程中，对所遇射流可进行如下简 单分类。 依照射流的流体种类，有气体射流和液体射流。 按射流与射流流入空间的流体是否同相，有淹没射流 和自由射流。 按照出流空间大小、对射流的流动是否有影响，有无 限空间射流和有限空间射流。当流动空间很大，射流 基本不受周围固体边壁的影响，称为无限空间射流。
6
6.1 无限空间淹没紊流射流
射流极角的大小与紊流强度和喷口断面的形状有关，
可用下式t计a算nRK xK3.4a（式6.1）
式中 α――射流的x极角x； a——紊流系数，该值取决于喷口结构形式和气流
经过喷口时受扰动的程度； K——喷口形状系数，也叫试验系数，对圆形喷口
K=3.4 (对矩形喷口只要喷口长短边比不超过3：1时， 也可以按圆形喷口计算)；对条缝形喷口K=2.44。 从上式可以看出，射流极角的大小取决于紊流系数， 紊流强度越大，射流卷吸能力越强，被带入射流的周 围气体数量越多，扩散角也相应增大。