气体射流
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( )
(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
.
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
气体射流混合反应器的作用
气体射流混合反应器的作用气体射流混合反应器的作用1. 引言气体射流混合反应器是一种常见的化学工程设备，广泛应用于各种工业领域，如化工、环保、能源等。
它的作用是通过引入射流来促进气体物质的混合和反应，提高反应效率和产物质量。
本文将以气体射流混合反应器为主题，探讨其作用、原理和应用。
2. 深度探讨2.1 气体混合作用气体射流混合反应器的核心作用之一是实现气体的混合。
在许多化学反应过程中，混合气体的均匀分布对于反应速率和产物选择至关重要。
气体射流混合反应器通过引入射流，能够有效地将不同组分的气体物质混合均匀，从而提供了良好的反应条件，促进反应的进行。
2.2 反应效率提高气体射流混合反应器在提高反应效率方面发挥着重要作用。
通过射流混合，反应物分子之间的碰撞频率可以大大增加，从而提高反应速率。
射流混合还能够提供更大的反应接触表面积，使得反应物与催化剂或吸附剂的接触更为充分，增强反应的效果。
气体射流混合反应器可以有效地提高反应效率，减少反应时间和废物产生。
2.3 选择性和产物质量控制气体射流混合反应器还可以通过适当的设计和操作控制反应的选择性和产物质量。
在反应过程中，通过调节射流速度、温度、压力等操作参数，可以实现对反应物的选择性控制，优化产物的选择性和纯度。
射流混合反应器还能够有效地控制反应物质的排放和废物产生，减少对环境的污染。
3. 应用领域3.1 化工工业在化工工业中，气体射流混合反应器被广泛应用于气体吸附、气体催化反应、气体分离等领域。
气体吸附是一种常见的气体处理技术，用于去除废气中的有害物质。
气体射流混合反应器可以通过引入适当的吸附剂和优化反应条件，高效去除废气中的有害物质，实现废气的净化和资源回收。
3.2 环保领域气体射流混合反应器在环保领域也具有重要意义。
在大气污染治理中，氧化反应是一种常见的处理方法。
气体射流混合反应器可以通过引入适当的氧化剂和调整反应条件，有效氧化污染物，降低大气污染程度。
气体动力学中的射流和喷射问题
气体动力学中的射流和喷射问题摘要：射流和喷射问题是气体动力学中的重要研究内容，对于理解气体的运动规律和应用于实际工程问题具有重要意义。
本论文将详细介绍射流和喷射问题的基本概念和原理，并以一些典型案例进行分析和讨论，最后总结出相应的结论。
引言：在气体动力学中，射流和喷射问题是研究流体力学的重要组成部分。
射流和喷射问题涉及到流体中的速度、压力、温度等物理量的变化，以及气体的流动特性和流场结构等方面。
射流和喷射问题的研究不仅有助于理解气体的运动规律，还具有广泛的实际应用价值，如喷射引擎、喷气式飞机等。
一、射流问题的基本概念和原理射流指的是气体在一个小孔或喷嘴中穿过后形成的高速流动。
射流可以是稳定的，也可以是非稳定的。
射流问题主要包括射流速度、射流的形状、射流的稳定性等方面。
1.1 射流速度射流速度是指射流中流体颗粒的速度大小。
根据连续介质假设，流体在射流过程中可以看作是连续的介质。
当气体从一个小孔或喷嘴中射流出来时，会受到压力的作用，从而形成高速流动。
射流速度与喷嘴的压强、射流口的几何形状、介质的物理性质等有关。
1.2 射流的形状射流的形状是指射流在空间中的空间分布情况。
根据射流所受到的作用力不同，射流可以呈现出不同的形状，如直线型、螺旋型、喷雾型等。
射流的形状与射流速度、密度、粘度等有关。
1.3 射流的稳定性射流的稳定性是指射流在运动过程中是否保持稳定的特性。
射流通常有一个稳定射流区域和一个不稳定射流区域，在稳定区域，射流流动平稳；而在不稳定区域，射流容易发生分离和湍流现象。
射流的稳定性与射流的速度、密度、湍流强度、流体介质等有关。
二、喷射问题的基本概念和原理喷射问题指的是将气体通过喷嘴或管道喷射到环境中形成的流动现象。
喷射问题涉及到喷射速度、喷射角度、气体与环境之间的相互作用等方面。
2.1 喷射速度喷射速度是指喷射气体的速度大小。
喷射速度与喷射口的压力、流量、喷嘴的几何形状等有关。
喷射速度的大小决定了喷射气体在空间中的传播范围和速度。
气射流原理
气射流原理气射流原理是指利用高速气体流动产生的动能来实现各种工程应用的原理。
气射流可以通过喷嘴、喷管等装置来产生，其应用领域涵盖了航空航天、化工、环保等多个领域。
在工程实践中，气射流原理被广泛应用于推进、混合、分离、加热、冷却等方面，具有重要的工程价值。
首先，气射流原理在推进领域具有重要应用。
通过喷嘴产生的高速气体流动，可以产生巨大的推力，被应用于航空航天领域的火箭、喷气发动机等推进装置中。
此外，在水下航行器、水下推进器等领域，气射流原理也被广泛应用，通过喷射高速气体来产生推进力，实现水下运动。
其次，气射流原理在混合领域也有重要应用。
在化工领域，气射流原理被应用于气固、气液、液固混合等反应过程中。
通过喷嘴产生的气体流动可以将不同物质混合均匀，实现化工反应过程的高效进行。
此外，在环保领域，气射流原理也被应用于废气处理、污水处理等工艺中，通过喷射高速气体来与污染物发生反应，实现污染物的分解和净化。
再次，气射流原理在分离领域也具有重要应用。
在化工、制药等领域，气射流原理被应用于气固、气液、液固分离过程中。
通过喷嘴产生的气体流动可以将混合物中的不同物质进行有效分离，实现物质的纯净提取和分离。
此外，气射流原理还被应用于加热、冷却等领域。
在工业生产中，通过喷射高速气体流动可以实现对物体的快速加热或冷却，提高生产效率和产品质量。
总之，气射流原理作为一种重要的工程原理，在航空航天、化工、环保等多个领域都具有重要的应用价值。
通过喷嘴、喷管等装置产生的高速气体流动，可以实现推进、混合、分离、加热、冷却等多种工程应用，为工程技术的发展和进步提供了重要支撑。
希望通过对气射流原理的深入研究和应用，可以进一步拓展其在工程领域的应用范围，为人类社会的发展做出更大的贡献。
第六章 气体射流要点
(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。
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和浮力作用，推导轴心线弯曲轨迹公式。
y
A’
e g
y
d
A
A
y
xtg
m g
x
x
射流轴线的弯曲
eg
mg m j j
j:垂直向上的加速度
e m m
g
j
duy dt
d2y' dt 2
y ' uydt dt jdt
y'
dt
( e m
1)gdt
由气体状态方程式，在等压状态下，有：
T C
y
v1
v1 v0
0.095 as 0.147
d0
v1 0.492 v0 as 0.41
b0
v2
v2 v0
as
0.23 0.147
d0
v2 0.833 v0 as 0.41
b0
段名 参数名称
符 号
圆断面射流
平面射流
起
流量
QQ Q0
2
1
0.76
as r0
1.32
as r0
Q Q0
1 0.43 as b0
1 0.76 as r0
1
1.32
as r0
2
v2 v0
1 1 0.43 as
b0
段名 参数名称 符号 圆断面射流
起
核心长度
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
1
(
v
)n d
0 vm
r0 R
2
v0 vm
2
2B2
2 0.0464
v 3.28 r m
0
v0
R
再将射流半径R沿程变化规律(6-1-2),(6-1-2a) 式代入,得:
vm v0
0.965 as 0.294
as
0.48 0.147
0.96
ax
r0
d0
说明了无因次轴心速度与无因次距离
d
d0
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
由两图中可见：无论主体段或起始段内， 轴心速度最大，从轴心向边界层边缘，速 度逐渐减小至零。
距喷嘴距离越远，即x值增大，边界层厚度 越大，而轴心速度则越小，也就是说，随 着x的增大，速度分布曲线不断地扁平化了。
注意几个符号的含义：
x
成反比的规律．
断面流量 断面平均流速 质量平均流速 起始段核心长度及收缩角 起始段流量 起始段断面平均流速 起始段质量平均流速
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 tg 3.4a tg 2.44a
体
段 射流直径 或半高度
D b
D d0
6.8
as d0
始
断面平均 流速
v1
2
v1 v0
1
0.76
as r0
1.32
1
6.8
as r0
11.56
as r0 as r0
2
1 0.43 as
v1 v0
1
2.44
b0 as
b0
段
质量平均 流速
v2
v2 v0
1 0.76 as r0
1
1.32
as r0
2
v2 v0
1 1 0.43 as
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
紊流系数
sn
0.672
r0 a
喷嘴种类 带有收缩口的喷嘴
a
0.066 0.071
圆柱形管
0.076 0.08
带有导风板的轴流式通风机
0.12
带导流板的直角弯管
0.20
2
25o 20' 27o10'
29o00'
44o30' 68o30'
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。
试验得出：截面上温度分布、浓度分布与速
度分布关系如下：
v T vm Tm
截面上任一点温差
T T Te
轴心上温差
Tm Tm Te
y / y0.5vm
T v 1 ( y )1.5
Tm m vm
R
与动力特征类似，热力特征是：在 等压的情况下，以周围气体的焓值 作为起算点，射流各横截面上的相 对焓值不变。
+y
12
dy
R
R
M
¦Α r
y'
y
y
0
x
y'
-y
1
x0
s
2
x
射流计算式的推证
圆断面射流为例应用动量守恒原理截面
上动量流量为
Q0v0 r02v02
任意横截面上的动量流量则需积分
R
v 2 ydyv
R 2v2 ydy
0
0
动量守恒式：
r02v02
R 2v2 ydy
0
第二节 圆断面射流的运动分析
R vm
2
1
(
v
)2
0 vm
y d( y) 2 RR
1
(
v
) 2 d
0 vm
2B2
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
) n d
0 vm
Cn
第四节 温差或浓差射流
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、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、浓差引起的射流弯曲的轴 心轨迹。
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
平面射流喷口高度以2b0表示，tgα=2.44a, 其他 几何、运动动力特征完全与圆断面射流相似， 公式见表6-3。
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 α tg 3.4a tg 2.44a
0.076 0.08 0.12 0.20
2
25o 20' 27o10'
29o00'
44o30' 68o30'
紊流系数
喷嘴种类
带金属网格的轴流风机 收缩极好的平面喷口 平面壁上锐缘狭缝 具有导叶且加工磨圆边 口的风道上纵向缝
a
0.24 0.108 0.118
0.155
2
78o 40' 29o30'
32o10'
现根据紊流射流特征来研究圆断面射流的速度，
流量和射程的变化规律。
轴心速度
r02v02
R 2v2 ydy
0
用 R2vm2 除两端：
( r0 )2 ( v0 )2
2
1
(
v
)2
y d( y)
R vm
0 vm R R
应用半经验公式代入：
v [1 ( y )1.5 ]2
vm
R
( r0 )2 ( v0 )2
4.4
as d0
0.147
Q Q0
1.2
as 0.41 b0
v1
v1 v0
0.095 as 0.147
v1 0.492 v0 as 0.41
d0
b0
v2
v2 v0
as
0.23 0.147
v2 0.833 v0 as 0.41
d0
b0
段名 参数名称
符 号
圆断面射流
平面射流
起
流量
QQ Q0
2
1
0.76
as r0
1.32
as r0
Q Q0
1 0.43 as b0
始
断面平均 流速
v1
2
v1 v0
1
0.76
as r0
1.32
1
6.8
as r0
11.56
as r0 as r0
2
1 0.43 as
v1 v0
1
2.44
b0 as
b0
段
质量平均 v2
流速
v2 v0
r0
起始段质量平均温差：T2
d0
书上错了,改过来
1
T0 1 0.76 as 1.32( as )2
r0
r0
浓差温差的射流计算见表6-4
射流弯曲
温差射流或浓差射流由于密度与周围密度不同,所受重 力与浮力不相平衡,使整个射流将发生向下或向上弯曲, 但整个射流仍可看作是对称于轴心线。
取轴心线上单位体积流体作为研究对象，只考虑受重力
41o 20'