流体力学关于空化射流的演示稿
合集下载
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：
《流体力学》第六章气体射流
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，这是因为运动的扩散被限 定在垂直于条缝长度的平面上的缘故。
.
射流参数的计算
段 名
参数名称
符号
圆断面射流
平面射流
扩散角 主
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
0.095 as 0.147
d0
v1 0.492
v0
as 0.41
b0
v2
v2 v0
as
0.23 0.147
d0
v2 v0
0.833 as 0.41 b0
.
段名 参数名称
符 号
圆断面射流
平面射流
起
流量
Q
2
QQ0 10.76ar0s1.32ar0s
Q Q0
1 0.43 as b0
始
v 断面平均 流速
B0Kx
tgKxK3.4a
x
紊流系数
起始段
主体段
C
B
A
R
M
α r0
核心
0
D X0
边 E
界 层
Sn
F
S
X
射流结构
.
紊流系数与 出口断面上 紊流强度有 关，也与出 口断面上速 度分布的均 匀性有关。 （表6-1）
紊流系数
喷嘴种类 带有收缩口的喷嘴
a
0.066 0.071
圆柱形管
带有导风板的轴流式通风机 带导流板的直角弯管
已知射流直径D, v2,d0,a, 求S和Q0
.
射流参数的计算
段 名
参数名称
符号
圆断面射流
平面射流
扩散角 主
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
0.095 as 0.147
d0
v1 0.492
v0
as 0.41
b0
v2
v2 v0
as
0.23 0.147
d0
v2 v0
0.833 as 0.41 b0
.
段名 参数名称
符 号
圆断面射流
平面射流
起
流量
Q
2
QQ0 10.76ar0s1.32ar0s
Q Q0
1 0.43 as b0
始
v 断面平均 流速
B0Kx
tgKxK3.4a
x
紊流系数
起始段
主体段
C
B
A
R
M
α r0
核心
0
D X0
边 E
界 层
Sn
F
S
X
射流结构
.
紊流系数与 出口断面上 紊流强度有 关，也与出 口断面上速 度分布的均 匀性有关。 （表6-1）
紊流系数
喷嘴种类 带有收缩口的喷嘴
a
0.066 0.071
圆柱形管
带有导风板的轴流式通风机 带导流板的直角弯管
已知射流直径D, v2,d0,a, 求S和Q0
流体力学PPT演示文稿
第四十三页，共59页。
作用在平面上的流体静压力1
均质平板形心
x C
1 A
xdA
A
y C
1 A
ydA
A
A 对 x 轴的惯性矩
Ix
y2dA
A
惯性矩移轴定理
Ix Ixc yC2A
x
X
dA
y
(xc , yc)
Y
Ixc为A对通过形心并与x 轴平行的轴的惯性矩
第四十四页，共59页。
作用在平面上的流体静压力2
fx 2x fy 2 y
fz g
-a gf
第三十九页，共59页。
等角速转动液体的平衡3
代入方程
2x 1 p 0 x
2 y 1 p 0 y
g 1 p 0 z
第四十页，共59页。
等角速转动液体的平衡4
等压面
第四十一页，共59页。
z 2 r2 C
2g
一族旋转抛物面 自由面
压p = －2.74104Pa，h = 500mm，h1 = 200mm， h2 = 250mm，h3 = 150mm，求容器A上部的表压
第三十三页，共59页。
差压计
第三十四页，共59页。
p A p B 2 g2 h3 g3 h1 g1h
倾斜式测压计（微压计）
通常用来测量气体压强
p A m2g lsin1g h 1
第九页，共59页。
流体静压强的特性3
流体静压强的方向垂直于
作用面，并指向流体内部
静止流体任意点处静压强的大小与其作 用面方位无关，只是作用点位置的函数
第十页，共59页。
2.2 流体平衡的微分方程式
质量力
fxyz
表面力
作用在平面上的流体静压力1
均质平板形心
x C
1 A
xdA
A
y C
1 A
ydA
A
A 对 x 轴的惯性矩
Ix
y2dA
A
惯性矩移轴定理
Ix Ixc yC2A
x
X
dA
y
(xc , yc)
Y
Ixc为A对通过形心并与x 轴平行的轴的惯性矩
第四十四页，共59页。
作用在平面上的流体静压力2
fx 2x fy 2 y
fz g
-a gf
第三十九页，共59页。
等角速转动液体的平衡3
代入方程
2x 1 p 0 x
2 y 1 p 0 y
g 1 p 0 z
第四十页，共59页。
等角速转动液体的平衡4
等压面
第四十一页，共59页。
z 2 r2 C
2g
一族旋转抛物面 自由面
压p = －2.74104Pa，h = 500mm，h1 = 200mm， h2 = 250mm，h3 = 150mm，求容器A上部的表压
第三十三页，共59页。
差压计
第三十四页，共59页。
p A p B 2 g2 h3 g3 h1 g1h
倾斜式测压计（微压计）
通常用来测量气体压强
p A m2g lsin1g h 1
第九页，共59页。
流体静压强的特性3
流体静压强的方向垂直于
作用面，并指向流体内部
静止流体任意点处静压强的大小与其作 用面方位无关，只是作用点位置的函数
第十页，共59页。
2.2 流体平衡的微分方程式
质量力
fxyz
表面力
流体力学课件6气体射流
状态方程
总结词
描述气体在不同状态下的物理属性。
详细描述
状态方程是描述气体在不同压力、温度和密 度下的物理属性的关系式。在气体射流中， 状态方程可以用于计算气体的密度、压力和 温度等物理量，进而用于求解其他方程。
04
气体射流的数值模拟方法
有限差分法
有限差分法是一种基于离散化的数值方法，通过将连续的 物理量离散化为有限个离散点上的数值，并建立差分方程 来求解物理量的变化规律。
特性
气体射流具有方向性、扩散性和扰动 性等特性，这些特性决定了气体射流 的运动规律和作用效果。
分类与形式
分类
根据不同的分类标准，气体射流可以分为多种类型，如按流 动形态可分为自由射流、受限射流和冲击射流等；按气体性 质可分为可压缩气体射流和不可压缩气体射流等。
形式
气体射流的形式多样，常见的有喷嘴射流、燃烧室射流、透 平射流等，这些形式的应用范围和作用效果各不相同。
随着气体射流远离喷口，压力逐渐减小，这是由于气体流动过程中能量损失导致 的。
温度分布与变化
温度分布
气体射流中的温度分布与压力分布类 似，中心区域温度较高，边缘区域温 度较低。
温度变化
射流过程中，由于气体与周围介质之 间的热量交换，温度会发生变化。通 常情况下，射流会逐渐冷却。
密度分布与变化
密度分布
射流的基本方程
01
02
03
连续性方程
描述了气体射流中质量守 恒的规律，即流入和流出 射流区域的质量流量相等 。
动量方程
描述了气体射流中动量守 恒的规律，即流入和流出 射流区域的动量流量相等 。
能量方程
描述了气体射流中能量守 恒的规律，即流入和流出 射流区域的能量流量相等 。
第六章-气体射流演示教学
§6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
一、射流场的形成与结构 2、射流场的结构
射流核心：图所示AOD部分， 该部分气体还未与外界发生交换。
边界层：AOD以外的部分，速 度小于核心区，又分为内边界层 和外边界层。
过渡断面：即BOE断面，该断 面以外核心区消失。
起始段：过渡断面以内，轴心 速度均为u0。 主体段：过渡断面以外。 射流半径R：任意断面轴线到外 边界的距离。
0
Q0
d02
0.554 3.140.32
7.78m5/s
4
从而由主体段计算公式得
ma0 s.4800.0 8 2 0 ..1 48 7.78 5.5 2m 8/s5
0.147
0.147
d0
0.3
1a0.s095 00.0 8 0 2 ..0 1957.78 1.5 0m 4/s6
0.147
0.147
在采暖通风空调工程中，常采用冷风降温，热风采 暖，此时为温差射流，而将有害气体或灰尘浓度降低的 射流为浓差射流。
温差或浓差射流分析，主要是研究温差或浓差场的 分布规律，同时讨论由温差或浓差引起的射流弯曲的轴 心轨迹。
第六章 气体射流
基本概念
射流：流体经孔口或管嘴流出，流入另一部分流体介质中的现象。 射流的分类：
1、依照流体的种类，有气体射流和液体射流。 2、依照射流条件，有淹没射流和自由射流。 3、依照出流空间对射流是否有影响，有无限空间射流和
有限空间射流。 4、依照射流流态，有层流射流和紊流射流。 5、依照喷口形状，有圆形射流、矩形射流和条缝射流。
d0
v2 = 0.23 v 0 a s + 0 .1 4 7
d0
§6.2 圆断面射流的运动分析
流体力学课件6气体射流共30页PPT资料
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。
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。
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
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。
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。
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
空化水射流的理论、实验及应用
重庆大学博士学位论文空化水射流的理论、实验及姓名：***申请学位级别：博士专业：机械设计及理论指导教师：***19991001重庆大学博士学位论文绪论１绪论１．１空化与空化水射流空化（Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）是一种非常复杂的流体动力现象，是液体所特有的。
图１．１表示文德利型空化管中所产生的空化现象，图１—２是空化水射流的高速摄影照片。
空化现象引起人们重视是在１９世纪后半叶，随着蒸汽机船的发展，人们发现螺旋桨转数提高到一定程度反而会使航行速度下降的现象。
１８９７年ｓ．Ｗ．Ｂａｒｎａｂｙ和ｃ．Ａ．Ｐａｒｓｏｎｓ在英国“果敢号”鱼雷艇和几艘蒸汽机船相继发生螺旋桨效率严重下降事件以后，首次提出了“空化”的概念。
随着科学技术的进步，空化现象已涉及到高速螺旋桨、高速鱼雷雷体、高速潜艇、水翼、水泵、水轮机、水工泄水建筑物、原子能、宇航、生物学和医学等众多领域。
图１．１空化现象【２１Ｆｉｇｕｒｅ１－！Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎａ田图卜２空化水射流高速摄影照片【４１Ｆｉｇｕｒｅ１．２Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆ＂ｃａｖｉｔａｔｉｎｇｊｅｔ［４１当流场中某处的局部压力低于该处饱和蒸汽压力时，不仅溶在水中的空气（通常为２％）会逸出，而且水也开始汽化，在水中形成许多由空气和蒸汽组成的空泡（空穴、空化泡），这些空泡被水流挟带着到达高压区时溃灭（Ｃｏｌｌａｐｓｅ）。
空泡初生、长大和溃灭的整个过程就称为空化。
研究表明（１～１：空泡溃灭时将产生瞬时的局部高温（约５２００Ｋ）、高压（５０ＭＰａ以上），并能形成强烈的冲击波和速度高达１００ｍ／ｓ以上的微射流（Ｍｉｃｎ町ｅｔ），。
流体力学泵与风机-第6章-气体射流ppt课件
射流讨论的是出流后的流速场、温度场和浓度场。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
§6.1
无限空间淹没紊流射流的特征
一、过渡断面（转折断面）、起始段、主体段
射流核心：u=u0 边界层： u<u0
主体段: 轴心u<u0 ， u沿程下降 射流特征：几何？速度等？
出口截面动量流量
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
§6.2
圆断面射流的运动分析
一、主体段轴心速度vm
R
2v2ydyr02v02 0
两端同除以R2vm2 ，在一个断面上vm可视为常数进行计算
(r0)2(v 0)2 2R (v)2ydy () 21 (1 1 .5)4d 0 .09 Rv m 0 v m RR 0
r 0 3 .4 a 0 .15 3 .4 0 .08
（2）先求起始段核心长度sn
sn 0 .6r 7 a 0 1 0 .6 7 0 0 ..0 1 1 8 5 1 .2m 6 3 .8m 6所在求主断体面段内
v2 0.4545 0.4545 0.193
v0 as0.2940.0 83.860.294
三、运动特征
主 y--体-断速段面度:上分任布意: 点至vvm 轴心距[1离(R y问)1.题5]2：[1v m如1.5何]2确定？
R---该断面射流半径 v---y点的速度 vm---轴心速度
起始段:
y---断面上任意点 至核心边界的距离
R---同断面的边界层厚度 v---y点的速度 vm---核心速度v0
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
§6.1
无限空间淹没紊流射流的特征
一、过渡断面（转折断面）、起始段、主体段
射流核心：u=u0 边界层： u<u0
主体段: 轴心u<u0 ， u沿程下降 射流特征：几何？速度等？
出口截面动量流量
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
§6.2
圆断面射流的运动分析
一、主体段轴心速度vm
R
2v2ydyr02v02 0
两端同除以R2vm2 ，在一个断面上vm可视为常数进行计算
(r0)2(v 0)2 2R (v)2ydy () 21 (1 1 .5)4d 0 .09 Rv m 0 v m RR 0
r 0 3 .4 a 0 .15 3 .4 0 .08
（2）先求起始段核心长度sn
sn 0 .6r 7 a 0 1 0 .6 7 0 0 ..0 1 1 8 5 1 .2m 6 3 .8m 6所在求主断体面段内
v2 0.4545 0.4545 0.193
v0 as0.2940.0 83.860.294
三、运动特征
主 y--体-断速段面度:上分任布意: 点至vvm 轴心距[1离(R y问)1.题5]2：[1v m如1.5何]2确定？
R---该断面射流半径 v---y点的速度 vm---轴心速度
起始段:
y---断面上任意点 至核心边界的距离
R---同断面的边界层厚度 v---y点的速度 vm---核心速度v0
流体力学 第6章 气体射流
• 式(6-3)如用于起始段,仅考虑边界层中流速分布,参看图6-4c。则式中,y为截面上任 意点至核心边界的距离;R为同截面上边界层厚度;v为截面上边界层中点y的速度;vm 为核心速度v0。
无限空间淹没湍流射流的特征
➢ 动力特征
实验证明,射流中任意点上的静压强均等于周围气体的压强。现取中1-1、 2-2所截的一段射流脱离体,分析其上受力情况。因各面上所受静压强均相 等,则沿x轴方向外力之和为零。据动量方程可知,各横截面上轴向动量相等 --动量守恒,这就是射流的动力学特征。
✓ 设圆断面射流截面的半径为R(或平面射流边界层的半宽度b),它和截面到极点的 距离x成正比,即R=Kx。
✓ 由图6-1看出
• 式中,K为试验系数,对圆断面射流 K=3.4a;
• a为湍流系数,由实验决定,是表示射 流流动结构的特征系数。
图6-1 射流结构
5
无限空间淹没湍流射流的特征
➢ 湍流系数a及几何特征
湍流系数a与出口断面上湍流强度(即脉动速度的均方根值与平均速度值之比)有关,湍流强 度越大,说明射流在喷嘴前已“紊乱化”,具有较大的与周围介质混合的能力,则a值也大,使 射流扩散角α增大,被带动的周围介质增多,射流速度沿程下降加速。
a还与射流出口断面上速度分布的均匀性有关。如果速度分布均匀u最大/u平均=1,则a=0.066;
应用这一特征,对圆断面射流可求出射流半径沿射程的变化规律,如图6-1所示。
以直径表示
图6-1 射流结构
7
无限空间淹没湍流射流的特征
➢ 运动特征
为了找出射流速度分布规律,许多学者做了大量实验,对不同横截面上的速度分布进行 了测定。这里仅给出特留彼尔(Trupel)在轴对称射流主体段的实验结果,以及阿勃拉莫 维奇(Abramovich)在起始段内的测定结果,分别如图6-2a及图6-3a所示。
无限空间淹没湍流射流的特征
➢ 动力特征
实验证明,射流中任意点上的静压强均等于周围气体的压强。现取中1-1、 2-2所截的一段射流脱离体,分析其上受力情况。因各面上所受静压强均相 等,则沿x轴方向外力之和为零。据动量方程可知,各横截面上轴向动量相等 --动量守恒,这就是射流的动力学特征。
✓ 设圆断面射流截面的半径为R(或平面射流边界层的半宽度b),它和截面到极点的 距离x成正比,即R=Kx。
✓ 由图6-1看出
• 式中,K为试验系数,对圆断面射流 K=3.4a;
• a为湍流系数,由实验决定,是表示射 流流动结构的特征系数。
图6-1 射流结构
5
无限空间淹没湍流射流的特征
➢ 湍流系数a及几何特征
湍流系数a与出口断面上湍流强度(即脉动速度的均方根值与平均速度值之比)有关,湍流强 度越大,说明射流在喷嘴前已“紊乱化”,具有较大的与周围介质混合的能力,则a值也大,使 射流扩散角α增大,被带动的周围介质增多,射流速度沿程下降加速。
a还与射流出口断面上速度分布的均匀性有关。如果速度分布均匀u最大/u平均=1,则a=0.066;
应用这一特征,对圆断面射流可求出射流半径沿射程的变化规律,如图6-1所示。
以直径表示
图6-1 射流结构
7
无限空间淹没湍流射流的特征
➢ 运动特征
为了找出射流速度分布规律,许多学者做了大量实验,对不同横截面上的速度分布进行 了测定。这里仅给出特留彼尔(Trupel)在轴对称射流主体段的实验结果,以及阿勃拉莫 维奇(Abramovich)在起始段内的测定结果,分别如图6-2a及图6-3a所示。
流体力学气体射流解析PPT课件
解：首先应判断该截面是处于起始段还是主体段（在书上补充）
应用表6-3的公式进行计算
sn
0.672
r0 a
紊流系数
喷嘴种类
a
带有收缩口的喷嘴
0.066 0.071
圆柱形管
带有导风板的轴流式通风机 带导流板的直角弯管
第21页/共40页
0.076 0.08 0.12 0.20
2
25o 20' 27o10'
sn
sn
0.672
r0 a
平面射流
sn
1.03 b0 a
始 喷嘴至 极点距离
x0
x0
0.294
r0 a
x0
0.41b0 a
段 收缩角 tg 1.49a tg 0.97a
第20页/共40页
例6-1：用轴流风机水平送风，风机直 径为d0=600mm，出口风速10m/s， 求距出口10米处的轴心速度和风量。
第23页/共40页
射流参数的计算
段 名
参数名称
符号
圆断面射流
平面射流
扩散角 α tg 3.4a tg 2.44a
主
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
第24页/共40页
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
第28页/共40页
热量扩散比动量扩散要快，温度边界层 比速度边界层发展要快要厚。浓度扩散与温 度扩散相似。
实线：速度边界层 虚线：温度边界层
在实际应用中，为简化起见，可以认为： 温度、浓度内外的边界与速度内外的边界相同。
应用表6-3的公式进行计算
sn
0.672
r0 a
紊流系数
喷嘴种类
a
带有收缩口的喷嘴
0.066 0.071
圆柱形管
带有导风板的轴流式通风机 带导流板的直角弯管
第21页/共40页
0.076 0.08 0.12 0.20
2
25o 20' 27o10'
sn
sn
0.672
r0 a
平面射流
sn
1.03 b0 a
始 喷嘴至 极点距离
x0
x0
0.294
r0 a
x0
0.41b0 a
段 收缩角 tg 1.49a tg 0.97a
第20页/共40页
例6-1：用轴流风机水平送风，风机直 径为d0=600mm，出口风速10m/s， 求距出口10米处的轴心速度和风量。
第23页/共40页
射流参数的计算
段 名
参数名称
符号
圆断面射流
平面射流
扩散角 α tg 3.4a tg 2.44a
主
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
第24页/共40页
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
第28页/共40页
热量扩散比动量扩散要快，温度边界层 比速度边界层发展要快要厚。浓度扩散与温 度扩散相似。
实线：速度边界层 虚线：温度边界层
在实际应用中，为简化起见，可以认为： 温度、浓度内外的边界与速度内外的边界相同。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
式中Pg0为水的蒸汽压, Pamb为围压, k为空泡内气体的 比热比。
• Yong计算得出,当围压是1 atm,水的蒸汽压
是0. 01 atm 时,空泡溃灭后产生的最高压力 是1. 2 ×104 atm, 最高温度是10 000 K, 而 suslick 计算得出泡内热点温度为5 200士 500 K,泡壁上的温度约为1 900 K,泡内压力 为50 MPa以上。这样的极端条件能促使水 中溶质分解并释放OH · 和H · 自由基。
2
空化射流处理有机废水的机理
空泡溃灭能产生局部的高温高压、强烈的 冲击波和高速微射流,这为在常温常压条件 下难以实现或不可能实现的化学反应提供 了一种非常特殊的物理化学环境。在这样 的环境下,空化射流降解有机物的主要途径 有直接热分解、自由基反应、超临界水氧 化作用等。
Nepprias指出空泡溃灭时产生的最大理论压力Pmax和 最大理论温度Tmax由左式计算得到。
• 几个有待于解决的问题： • 1 影响空化效应的因素还需要进一步的探讨
和研究。 • 2 实际有机废水成分复杂,水质对空化效应 的影响机理及影响程度需要更深入的理论 和实验研究。 • 3 空化射流装置的设计仍然处在探索阶段。
• 我的一些想法。。。 • 小时候经常玩的一种游戏。。
谢谢。。
பைடு நூலகம்
• 在一定条件下, 2个区域的压力低于气核稳定所需
的必需压力,气核生长并迅速形成大的充满蒸气的 空化气泡。空化气泡随流体流出这个区域时,由于 压力突然增大,气泡溃灭,从而产生空化效应。空泡 溃灭能产生瞬时局部的高温高压并形成强烈的冲 击波和微射流,因此,空泡的溃灭伴随着巨大能量的 瞬时爆发。Hammit通过计算和实测得出游移型空 泡溃灭时,近壁处微射流速度可达70～180 m / s, 在物体表面产生的冲击力可高达140～170 MPa, 微射流直径约为2～3μm,表面受到微射流冲击次 数约为100～1 000次/( s· cm2 ) ,冲击脉冲作用时 间每次只有几微秒。
内诱使空化发生并让空泡长大,当这些空泡 随射流到达绝对压力大于液体饱和蒸气压 的区域(高压区)时,空泡就溃灭,即空泡的 “内爆”。
空化射流产生机理图
左图是射流管的剖面图, 入口端孔径d1大于出口 端孔径d2。液体以一定 速度进入射流管,在流 出射流管时,因孔径变 窄,在出口端形成射流。 射流形成前后有2个低 压区形成:一个是射流 形成时的切向区域(即1 所示的剪切区) ;另一个 是射流进入相对静止的 流体时形成的涡流区 (即2 所示的剪切区) 。
• 4 自由基反应 • 水在空化条件下被分解成具有强氧化性的OH· 和
• • • •
H· 自由基。此外，空泡溃灭时产生的强大力学剪 切力也会使大分子主链上的化学键断裂产生自由 基。自由基在空化泡溃灭产生的冲击波和微射流 作用下迅速进入液相并与溶液均匀混合。自由基 化学性质活泼，可在空化泡周围界面重新组合,或 与气泡中挥发性溶质反应，或在气泡界面上，甚 至在溶液中与可溶性溶质反应，形成最终产物， 从而使常规条件下难处理的有机污染物得到降解。 有机物存在时其化学反应如下： 有机物+ HO· →产物 有机物+ H· →产物 有机物+ HO2 · →产物 有机物+ O· →产物
• 超临界水氧化 • 水的临界点条件为Tc = 647 K, Pc = 221 Par,因此
• • •
在空泡溃灭时产生的高温高压已经超过了水的临 界点。据Hua等人的估算,空泡溃灭时水体中的超 临界水约占超声波辐照水的0. 15%。超临界水的 介电常数下降,对电荷的屏蔽作用消失,具有非极性 物质的性质,是非极性有机物良好的溶剂,因此在化 学反应状态下能存在含有均相混合物的单相态,消 除高温高压下化学反应的相间转移,迅速提高氧化 速度。超临界水对有机物的氧化反应过程如下： 有机物+ [O2 ] →CO2 +H2O 有机化合物的杂原子→酸、盐、氧化物、N2 等 酸+氧化物+NaOH→无机物+H2O
• 射流空化数 • 空化程度通常以无量纲空化数σ来表示,它定义为：
式中: p0 为环境压强,MPa;ν0 为喷嘴出口水的速度, m / s; pν 为水的饱和蒸汽压, MPa; ρ为水的密度, kg/m3。
• 空化数σ是抑制空化产生的力与促使空化出现的力
之间的比值,它表征了流场中是否出现空化和空化 的程度。空化数越大,流场越不容易空化,反之,越 容易产生空化,因此,空化数和有机物的降解能力有 密切联系。增加射流的喷嘴出口速度、降低环境 压力均可减小射流空化数,增强射流的空化程度。 Kumar and Pandit 认为当空化数小于1. 0时才出 现空化现象,Senthil Kumar等采用空化射流降解KI 溶液的研究表明在某一空化数,降解速率会出现一 峰值,即应该存在一个最佳的空化数。
• 其分解反应如下： • O2 →2O· • O·+O2 →O3 • H·+O2 →HO·+O· • O·+H2 →HO·+H· • H·+HO2 →HO·+O2 • O·+ H2O2 →HO·+ HO2 ·
• 在有氮气存在时,分解反应如下: • N2 →2N· • HO·+ N· →NO + H· • HO·+ NO→HNO2 • HO·+ NO→NO2 + H· • 2H2O + H2O2 →HNO2 + HNO3 • H·+ N· →NH • NH + NH→N2 + H2 • O2 + N· →NO + O·
空化射流处理有机废水以 及我的一些猜想
江鸿宾 张纯珍
空化射流的定义： • 空化射流是一种处理效率高、操作简单的 有机废水处理新技术,人为地在射流流束内 产生许多空泡，然后利用空泡溃灭时产生 的局部高温高压降解有机物,其能量利用率 比超声空化处理更高。
1 空化射流的原理
• 空化射流的原理简单地说就是在液体射流