第六章 气体射流要点
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第六章气体射流(建环)
as r0
0 . 294 )
6
r0—喷嘴圆断面半径
S—喷嘴出口至截面距离
第一节无限空间淹没紊流射流特性
三、运动特征
在处理主体段时
y y 0 .5 v v vm
m
在处理起始段时
的距离
yc yb v v0 y y 0 .5 v y 0 .9 v
0 0
截面上任意一点至轴心 同截面上
1 s n 0 . 671
r0 a
sn
sn r0
核心收缩角：
tg
r0 sn
1 . 49 a arctg ( 1 . 49 a )
13
第二节 圆断面射流的运动分析
六、起始段流量Q
Q Q Q
核心区无因次流量
核心区的流量Q’ 边界层内环形截面的流量Q”
结论:断面的体积流量与射程S成正比,即射流流动要吸入一些静止气体而使流量增加。 11
第二节 圆断面射流的运动分析
三、断面平均流速v1
平均流速：v1＝Q/A，无因次化 v0=Q0/A0
v1 v0 v1 v0 ( Q Q0 )(
r0 R
2 2
) (
Q Q0
)(
r0 R
)
2
0 . 19 as r0 0 . 294
3 0.0286
0.2015
vm v0
(
1 as r0 0 . 294 )
0 . 20797 0 . 0464
0 . 966 as r0 0 . 294
0 . 483 as d0
10
0 . 147
这就是射程s与vm的关系，射程越远vm越小。
(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：
《流体力学》第六章气体射流解析
第一节 无限空间淹没紊流射流的特征
气流自半径为R 的圆断面喷嘴喷 M 出，出口断面上 的速度认为均匀 分布。
A α r0
D
X0
起 始 段
主 体 段
C
B
核 心
R 0
边 E
Sn
S
界
层 F
X
紊流的横向脉动造成射流与周围介质之间不断发 生质量、动量交换，形成向周围扩散的锥体状流 动场。
射流核心 边界层 过渡断面（转折断面） 起始段及主体段 扩散角（极角）
注意几个符号的含义：
y,y0.5vm,v,vm,v0, yybc
用半经验公式表示射流各横截面上的
无因次速度分布为： v [1( y)1.5]2
vm
R
y R
v (11.5)2
vm
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。
因各面上所受静压强均相等，则x轴向外力 之和为零。
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
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）
射流结构
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
2
2 5 o2 0 ' 2 7 o1 0 '
29o00'
4 4 o3 0 ' 6 8 o3 0 '
流体力学06气体射流
2018/8/8
29
射流参数的计算
段名 参数名称 扩散角 主 体 段 射流直径或半高度 轴心速度 流量 断面平均流速 序号 圆断面射流
m 0.965 0.48 0 as 0.294 as 0.147
r0 d0 (6 5)
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二、起始段核心长度 s n 及核心收缩角
起始段核心长度 sn 由式（6-2-1），将 vm=v0 ，s=sn ，代入
r0 sn 0.671 ， a
核心收缩角
2
2
九、起始段质量平均流速
Q0 v2 v0 Q Q 1 as as 1 0.76 1.32 r0 r0
2
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§6-3 平面射流
气体从狭长缝隙中外射运动时，射流只能在垂直条缝长度 的平面上扩散运动。如果条缝相当长，这种流动可视为平面运 动，故称为平面射流。 平面射流喷口高度以2b0（b0半高度）表示，a值见表6-1 后三项；j值为2.44，于是tan a＝2.44a。而几何、运动、动力 特征则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，列公式于表6-3中。
பைடு நூலகம்
sn 0.671 sn r0 a
r0 tg 1.49a sn
2018/8/8 21
三、主体段断面流量 Q
取无因次流量，
R Q 2 0 ydy y y rs 2 ( )( ) d ( ) 2 0 Q0 r0 0 0 r0 r0 R
m y y R 再用 ＝ ; 代换 0 m 0 r0 R r0
D as 6.8( 0.147) d0 d0
6章传热及气体射流基本知识
（2）单层非平行壁面导热
tw1 −tw2 tw1 −tw2 Φ = 2πrlq = = ln(r2 r ) R 1 λ 2πλl t w1 − t w 2 Q W q= = m 1 l ln(d 2 d1 ) 2πλ
[W]
由不同材料构成的多层圆筒壁， 由不同材料构成的多层圆筒壁，其导 热热流量可按总温差和总热阻计算
K)]。 λ：导热系数（热导率）[W/( m K)]。 导热系数（热导率）
x 图2-1 一维稳态平板内导热
导热系数
λ固体>λ液体>λ气体 λ导电体>λ绝缘
工程中需要传热加强的例子:暖气片、 工程中需要传热加强的例子:暖气片、空调 风机盘管，过水热，各种热水换热设备。 风机盘管，过水热，各种热水换热设备。 工程中需要传热减弱的例子:管道保温、 工程中需要传热减弱的例子:管道保温、墙体 保温，窗户保温，人体保暖。 保温，窗户保温，人体保暖。 保温材料：国家标准规定，温度低于350 350度时 保温材料：国家标准规定，温度低于350度时 热导率小于0.12W/(mK) 的材料（绝热材料） 热导率小于0.12W/(mK) 的材料（绝热材料）
辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递， (4) 辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它 与单纯的热辐射不同，就像对流和对流换热一样， 与单纯的热辐射不同，就像对流和对流换热一样， (5) 辐射换热的特点 不需要冷热物体的直接接触； a 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的 存在， 存在，在真空中就可以传递能量 b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热能 电磁波能 物体热能 无论温度高低， c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁 波 相互辐射能量； 能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能 量大于低温物体辐射给高温物体的能量； 量大于低温物体辐射给高温物体的能量；总的结果 是热由高温传到低温
第六章 气体射流
6-1 无限空间淹没紊流射流的特征
1、几何特征：射流按一定的扩散角α向前作扩散运动。 针对圆断面射流，有：
tg
任一断面的射流半径 R ＝ k 3 .4 a 由极点算起的射程 x
(1)
k a
－试验系数（即外边界线的斜率） ＿紊流系数，取决于孔口的形状及孔口出流的紊流强度）
1
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第三节 温差及浓差射流
一、定义 自孔口射出的流体的温度和浓度与周围气体存在差别的 射流。 二、温差、浓差射流的相似性 速度差→动量交换 这三种交换在机理上是相似的。这种相 似性反映在射流主体的速度分布和温度 温度差→热量交换 分布图结构非常相似。参看图 6－ 6 浓度差→质量交换
温差或浓差射流研究的主要任务：射流温差、浓差分布场的规 律，并讨论由于温差、浓差的存在引起的射流轴心轨迹的偏移。
R R 3. 4ax r0 vm 0.96 v0 ax
R
又
R 3.4ax r0
代入上式，得：
vm 0.96 v0 ax
∴
利用射流的几何特征和运动特征：
∵
v v v m v0 vm v0 y y R r0 R r0
Q 0 . 96 2 2 3 . 4 a x 0 . 0985 Q0 ax
由
代入上式：
v r0 0 R vm
2
y 2 令 R
1 2 2 1 1.5 d 0
2
§ 6－ 2 圆断面射流的运动分析
y 2 令 R
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 。
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(1) 夏天向热车间吹送冷空气以降温；冬天向工作 区吹送热空气以取暖等属于温差射流的例子。
(2) 向含尘浓度高的车间吹送清洁空气以改善工作
环境；向高温火焰炉内喷吹燃料和助燃空气等属于浓 差射流的例子。
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
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，流动呈现紊流状态时，叫做紊流射
流。 射流在水泵、蒸汽泵、通风机、化工设备和 喷气式飞机等许多技术领域得到广泛应用。
第六章
气体射流
射流与孔口管嘴出流的研究对象不同，射流
主要研究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，对射流的流动影响很大。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，又自由射流。反之为有限空间 射流
射流的分类方法：
1.按射流流体的流动状态不同，可分为层流射流 和紊流射流。一般按喷口直径和出口流速计算的雷诺 数大于30以后即为紊流射流。 2.按射流流体的流动速度大小不同，可分为亚音 速射流和超音速射流。
3.按射流流体在充满静止流体的空间内扩散流动
—湍流系数，由实验决定，是表示射流 流动结构的特征系数。 湍流系数与喷口断面的湍流强度 和速度分 布均匀性有关。
a
（三） 射流边界层的运动特征
图6-2 主体段速度分布图
图6-3 起始段速度分布
y 1 m R
1.5 2
1
(三)、射流轴线的弯曲
温差射流或浓差射流的密度与周围流体介质的密度不同， 致使作用于射流质点上的重力与浮力不平衡，造成整个射流 向上或向下弯曲，如图9-6所示。但这时整个射流仍可看作是 对称于轴线的，因此，只要了解射流轴线的弯曲情况，便可知 道整个射流的弯曲情况。一般热射流和含轻密度物质的射流 向上弯曲；而冷射流和含重密度物质的射流向下弯曲。
Q0 0.55 4 0 2 7.785m / s 2 d 0 3.14 0.3
从而由主体段计算公式得
m
0.48 as 0.147 d0 0 0.48 7.785 5.285m / s 0.08 2.1 0.147 0.3
0.095 0.095 1 0 7.785 1.046m / s as 0.08 2.1 0.147 0.147 d0 0.3
tg K a
a----紊（湍）流系数
3.4 a 圆断面射流 2.44 a 平面射流
取决于管嘴出口截面上流体的紊流度及速 度分布的均匀程度，管嘴出口处流体的紊 流度越大，流速分布越不均匀，a值越大。
—形状系数；
取决于管嘴 出口截面上 流体的紊流 度及速度分 布的均匀程 度，管嘴出 口处流体的 紊流度越大， 流速分布越 不均匀，a值 越大。
流的运动特性。许多学者通过大量实验，对不同断面上 的速度分布进行了测定，得到了射流的速度分布规律。
3.射流的动力特征：射流过流断面间的动量变化规律
为射流的动力特性。实验证明，射流中任意点上的压强 均等于周围气体的压强。
4.平面射流：仅在平面上扩张的射流为平面射流。从相
当长的条缝形射孔中射出的气体，只能在垂直于条缝长度 方向的平面上扩张运动，形成的就是平面射流。
2
0.23 as 0.147 d0
0
0.23 7.785 2.533m / s 0.08 2.1 0.147 0.3
分析：由计算可知主体段内的轴心速度 m 小于 核心速度 0 ；比较1 、 2 可以看出,用质量平均 速度代表使用区的流速要比断面平均流速更适 合。
【解】查表6-1，得 a =0.08。 先求核心长度
r0 0.15 s n 0.672 0.672 1.26m a 0.08 所求截面在主体段内 。
sn
as 0.08 2.1 R 3.4 0 . 294 r 3 . 4 0 . 294 0.15 0.721m r 0 0.15 0
r0 d0
五、起始段核心区长度 s n 的计算及核心收缩角
m 0.48 1 0 as 0.147
d0
＝＞
r0 sn 0.671 a
r0 tg 1.49a sn
【 例 题 6.3】 圆 射 流 以 Q0=0.55m3/s， 从 d0=0.3m管嘴流出。试求2.1m处射流半宽度R、 轴心速度 、断面平均速度 、质量平均速度 ， 1 m 2 并进行比较。
二. 断面流量 Q
Q as as 2.2( 0.294) 4.4( 0.147) Q0 r0 d0
三.断面平均速度
1 0.19 0.095 0.19 ＝ ＝ － 0 as 0.294 as ＋0.147 a x
r0
四.质量平均流速
1
2
d0
2 0.4545 0.23 0.4545 0 as 0.294 as 0.147 ax
同，射流主要研究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。
P
温控器
VAV末端
扩散器的水力设计
假设气体从半径 r0 的圆形喷口喷出，由于讨 论的是湍流射流，所以气体在出口断面上的速度
分布是均匀的，设出口速度为 v0 ，气体从喷口喷
出后，由于湍流脉动，射流气体和周围气体不断
射流计算见表6-2
（二）射流场的几何特征及紊流系数a
R x x0 s s as s ＝ ＝ ＝ 1＋ 1 3.4a 3.4( 0.294) x0 r0 x0 x0 r0 r0
R x 3.4ax , x r0 r0
as D 6.8 0.147 d0 d 0
as ( 0.294) u ( 0.08 3.86 0.294) 3 R0 0.15 u0 15.5 m/s 0.455 0.455
喷口流量为
1 1 2 Q0 d 0 u 0 0.32 15.5 1.095 m 3 /s 4 2
§6.3 平面射流
的过程中，是否受到某固体边界的约束，可分为自由
射流、半限制射流和限制射流。
4.按射流流体在扩散流动过程中是否旋转，可分 为旋转射流和非旋转射流。 5.按射流管嘴出口截面形状不同，可分为圆形射 流 ( 又称轴对称射流 ) 、矩形射流、条缝射流 ( 可按平 面射流处理)、环状射流和同心射流等。 对于矩形射流，当长宽比小于 3 时，可按轴对称
射流考虑，当长宽比大于10时，按平面射流考虑。
6.按射流流体的流动方向与外界空间流体的流动
方向不同，可分为顺流射流、逆流射流和叉流射流。
7.按射流流体与外界空间内流体的温度及浓度不
同，可分为温差射流和浓差射流。
8.按射流流体内所携带的异相物质的不同，可分
为气液两相射流，气固两相射流和液固两相射流以及
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
射流参数的计算见165页表6-3
§6.4 温差射流与浓差射流
定义：
当射流流体与周围空间介质之间存在着 温度差或浓度差,则这样的射流就称为温差射 流或浓差射流。 举例：
1.5
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。
Q
cTdQ C
（二）几个主要参数的计算公式 1. 轴心温差 Tm
Tm 0.35 T0 as 0.147 d0
2. 质量平均温差 T2
T2 Qc 相对焓值流量。
T2 0.23 T0 as 0.147 d0
温差射流或浓差射流的密度不仅沿程有变化，而且在同一
射流截面上的不同点也是不同的，要精确计算射流轴线的弯曲 轨迹比较复杂，我们采用近似的计算方法。
图6-7 射流轴线的弯曲
（三） 射流弯曲
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。
( e m ) g m j
d 2 y j dt dt 2 d y
（四）射流场的动力特征
1.5 2
x方向外力的合力为零，动量守恒----射流的动力学 特征
R
0
2 ydy Q00 r
2
2 2 0 0
列动量守恒式：
r 2 ydy
2 2 0 0 2 0
R
§6.2 圆断面射流的运动分析
(一)主体段轴心速度
vm
vm 0.965 0.48 0.96 ＝ ＝ － v0 as 0.294 as ＋0.147 a x r0 d0
主体段
转折截面 喷管 出口 射流 极点 v0 r0 内边界面 射流核 心区 v0 R
射流边界层
x
x0
Sn S
x 外边界面
等密度气体射流速度场示意图
基本概念
1.射流的几何特性：射流外边界扩张的变化规律称
为射流的几何特性。了解射流的几何特性主要是要了解射 流的扩张半径R与射程s的关系。所谓射程s就是射流断面 与射流出口的距离。
as R 3.4 R0 ( 0.294) 3.4a s R0 R0
所以，喷口至工作区的距离为
R R0 1.2 0.15 s 3.86 m 3.4a 3.4 0.08
射流起始段长度为
习 题 解 析
R0 0.15 sn 0.672 0.672 1.26 m 3.86 m a 0.08 说明工作区在射流主体段内。 (2) 由表9－1中主体段质量平均流速计算式，得喷口流速为
(2) 向含尘浓度高的车间吹送清洁空气以改善工作
环境；向高温火焰炉内喷吹燃料和助燃空气等属于浓 差射流的例子。
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
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，流动呈现紊流状态时，叫做紊流射
流。 射流在水泵、蒸汽泵、通风机、化工设备和 喷气式飞机等许多技术领域得到广泛应用。
第六章
气体射流
射流与孔口管嘴出流的研究对象不同，射流
主要研究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，对射流的流动影响很大。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，又自由射流。反之为有限空间 射流
射流的分类方法：
1.按射流流体的流动状态不同，可分为层流射流 和紊流射流。一般按喷口直径和出口流速计算的雷诺 数大于30以后即为紊流射流。 2.按射流流体的流动速度大小不同，可分为亚音 速射流和超音速射流。
3.按射流流体在充满静止流体的空间内扩散流动
—湍流系数，由实验决定，是表示射流 流动结构的特征系数。 湍流系数与喷口断面的湍流强度 和速度分 布均匀性有关。
a
（三） 射流边界层的运动特征
图6-2 主体段速度分布图
图6-3 起始段速度分布
y 1 m R
1.5 2
1
(三)、射流轴线的弯曲
温差射流或浓差射流的密度与周围流体介质的密度不同， 致使作用于射流质点上的重力与浮力不平衡，造成整个射流 向上或向下弯曲，如图9-6所示。但这时整个射流仍可看作是 对称于轴线的，因此，只要了解射流轴线的弯曲情况，便可知 道整个射流的弯曲情况。一般热射流和含轻密度物质的射流 向上弯曲；而冷射流和含重密度物质的射流向下弯曲。
Q0 0.55 4 0 2 7.785m / s 2 d 0 3.14 0.3
从而由主体段计算公式得
m
0.48 as 0.147 d0 0 0.48 7.785 5.285m / s 0.08 2.1 0.147 0.3
0.095 0.095 1 0 7.785 1.046m / s as 0.08 2.1 0.147 0.147 d0 0.3
tg K a
a----紊（湍）流系数
3.4 a 圆断面射流 2.44 a 平面射流
取决于管嘴出口截面上流体的紊流度及速 度分布的均匀程度，管嘴出口处流体的紊 流度越大，流速分布越不均匀，a值越大。
—形状系数；
取决于管嘴 出口截面上 流体的紊流 度及速度分 布的均匀程 度，管嘴出 口处流体的 紊流度越大， 流速分布越 不均匀，a值 越大。
流的运动特性。许多学者通过大量实验，对不同断面上 的速度分布进行了测定，得到了射流的速度分布规律。
3.射流的动力特征：射流过流断面间的动量变化规律
为射流的动力特性。实验证明，射流中任意点上的压强 均等于周围气体的压强。
4.平面射流：仅在平面上扩张的射流为平面射流。从相
当长的条缝形射孔中射出的气体，只能在垂直于条缝长度 方向的平面上扩张运动，形成的就是平面射流。
2
0.23 as 0.147 d0
0
0.23 7.785 2.533m / s 0.08 2.1 0.147 0.3
分析：由计算可知主体段内的轴心速度 m 小于 核心速度 0 ；比较1 、 2 可以看出,用质量平均 速度代表使用区的流速要比断面平均流速更适 合。
【解】查表6-1，得 a =0.08。 先求核心长度
r0 0.15 s n 0.672 0.672 1.26m a 0.08 所求截面在主体段内 。
sn
as 0.08 2.1 R 3.4 0 . 294 r 3 . 4 0 . 294 0.15 0.721m r 0 0.15 0
r0 d0
五、起始段核心区长度 s n 的计算及核心收缩角
m 0.48 1 0 as 0.147
d0
＝＞
r0 sn 0.671 a
r0 tg 1.49a sn
【 例 题 6.3】 圆 射 流 以 Q0=0.55m3/s， 从 d0=0.3m管嘴流出。试求2.1m处射流半宽度R、 轴心速度 、断面平均速度 、质量平均速度 ， 1 m 2 并进行比较。
二. 断面流量 Q
Q as as 2.2( 0.294) 4.4( 0.147) Q0 r0 d0
三.断面平均速度
1 0.19 0.095 0.19 ＝ ＝ － 0 as 0.294 as ＋0.147 a x
r0
四.质量平均流速
1
2
d0
2 0.4545 0.23 0.4545 0 as 0.294 as 0.147 ax
同，射流主要研究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。
P
温控器
VAV末端
扩散器的水力设计
假设气体从半径 r0 的圆形喷口喷出，由于讨 论的是湍流射流，所以气体在出口断面上的速度
分布是均匀的，设出口速度为 v0 ，气体从喷口喷
出后，由于湍流脉动，射流气体和周围气体不断
射流计算见表6-2
（二）射流场的几何特征及紊流系数a
R x x0 s s as s ＝ ＝ ＝ 1＋ 1 3.4a 3.4( 0.294) x0 r0 x0 x0 r0 r0
R x 3.4ax , x r0 r0
as D 6.8 0.147 d0 d 0
as ( 0.294) u ( 0.08 3.86 0.294) 3 R0 0.15 u0 15.5 m/s 0.455 0.455
喷口流量为
1 1 2 Q0 d 0 u 0 0.32 15.5 1.095 m 3 /s 4 2
§6.3 平面射流
的过程中，是否受到某固体边界的约束，可分为自由
射流、半限制射流和限制射流。
4.按射流流体在扩散流动过程中是否旋转，可分 为旋转射流和非旋转射流。 5.按射流管嘴出口截面形状不同，可分为圆形射 流 ( 又称轴对称射流 ) 、矩形射流、条缝射流 ( 可按平 面射流处理)、环状射流和同心射流等。 对于矩形射流，当长宽比小于 3 时，可按轴对称
射流考虑，当长宽比大于10时，按平面射流考虑。
6.按射流流体的流动方向与外界空间流体的流动
方向不同，可分为顺流射流、逆流射流和叉流射流。
7.按射流流体与外界空间内流体的温度及浓度不
同，可分为温差射流和浓差射流。
8.按射流流体内所携带的异相物质的不同，可分
为气液两相射流，气固两相射流和液固两相射流以及
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
射流参数的计算见165页表6-3
§6.4 温差射流与浓差射流
定义：
当射流流体与周围空间介质之间存在着 温度差或浓度差,则这样的射流就称为温差射 流或浓差射流。 举例：
1.5
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。
Q
cTdQ C
（二）几个主要参数的计算公式 1. 轴心温差 Tm
Tm 0.35 T0 as 0.147 d0
2. 质量平均温差 T2
T2 Qc 相对焓值流量。
T2 0.23 T0 as 0.147 d0
温差射流或浓差射流的密度不仅沿程有变化，而且在同一
射流截面上的不同点也是不同的，要精确计算射流轴线的弯曲 轨迹比较复杂，我们采用近似的计算方法。
图6-7 射流轴线的弯曲
（三） 射流弯曲
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。
( e m ) g m j
d 2 y j dt dt 2 d y
（四）射流场的动力特征
1.5 2
x方向外力的合力为零，动量守恒----射流的动力学 特征
R
0
2 ydy Q00 r
2
2 2 0 0
列动量守恒式：
r 2 ydy
2 2 0 0 2 0
R
§6.2 圆断面射流的运动分析
(一)主体段轴心速度
vm
vm 0.965 0.48 0.96 ＝ ＝ － v0 as 0.294 as ＋0.147 a x r0 d0
主体段
转折截面 喷管 出口 射流 极点 v0 r0 内边界面 射流核 心区 v0 R
射流边界层
x
x0
Sn S
x 外边界面
等密度气体射流速度场示意图
基本概念
1.射流的几何特性：射流外边界扩张的变化规律称
为射流的几何特性。了解射流的几何特性主要是要了解射 流的扩张半径R与射程s的关系。所谓射程s就是射流断面 与射流出口的距离。
as R 3.4 R0 ( 0.294) 3.4a s R0 R0
所以，喷口至工作区的距离为
R R0 1.2 0.15 s 3.86 m 3.4a 3.4 0.08
射流起始段长度为
习 题 解 析
R0 0.15 sn 0.672 0.672 1.26 m 3.86 m a 0.08 说明工作区在射流主体段内。 (2) 由表9－1中主体段质量平均流速计算式，得喷口流速为