第六章-气体射流要点课件.ppt
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- 第六 气体 射流 要点 课件
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1、气体自孔口气体自孔口管嘴或条缝向外喷射所形成的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,叫做紊流射口速度较大,流动呈现紊流状态时,叫做紊流射流。流。射流在水泵、蒸汽泵、通风机、化工设备和射流在水泵、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。喷气式飞机等许多技术领域得到广泛应用。射流与孔口管嘴出流的研究对象不同,射流与孔口管嘴出流的研究对象不同,射流射流主要研究的是出流后的流速场、温度场和浓度场。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。后者
2、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,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。反之为有限空间为无限空间射流,又自由射流。反之为有限空间射流射流 射流的分类方法:射流的分类方法:1.1.按射流流体的流动状态不同,可分为按射流流体的流动状态不同,可分为层流射流层流射流和和紊流射流紊流射流。一般按喷口直径和出口流速计算的雷诺雷诺数大于数大于30以后即为紊流射流。以后即为紊流射流。2.2.按射流流体的流动速度大小不同,可分为按射流流体的流动速度大小不同,可分为亚音亚
3、音速射流速射流和和超音速射流超音速射流。3.3.按射流流体在充满静止流体的空间内扩散流动按射流流体在充满静止流体的空间内扩散流动的过程中,是否受到某固体边界的约束,可分为的过程中,是否受到某固体边界的约束,可分为自由自由射流射流、半限制射流半限制射流和和限制射流限制射流。4.4.按射流流体在扩散流动过程中是否旋转,可分按射流流体在扩散流动过程中是否旋转,可分为为旋转射流旋转射流和和非旋转射流非旋转射流。5.5.按射流管嘴出口截面形状不同,可分为按射流管嘴出口截面形状不同,可分为圆形射圆形射流流(又称又称轴对称射流轴对称射流)、矩形射流矩形射流、条缝射流条缝射流(可按平可按平面射流处理面射流处理
4、)、环状射流环状射流和和同心射流同心射流等。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。6.6.按射流流体的流动方向与外界空间流体的流动按射流流体的流动方向与外界空间流体的流动方向不同,可分为方向不同,可分为顺流射流顺流射流、逆流射流逆流射流和和叉流射流叉流射流。7.7.按射流流体与外界空间内流体的温度及浓度不按射流流体与外界空间内流体的温度及浓度不同,可分为同,可分为温差射流温差射流和和浓差射流浓差射流。8.8.按射流流体内所携带的异相物质的不同,可分按射流流体内所携带的异相物质的不同,可分为为气液两相射流气液两相射流,气固两相射流气固两相射流
5、和和液固两相射流液固两相射流以及以及气液固多相射流气液固多相射流等。等。由于工程上常见的射流一般都是紊流射流,所以本章主要讨论紊流射流的特征和机理。6.16.16.2 6.2 圆断面射流的运动分析圆断面射流的运动分析6.3 6.3 平面射流平面射流6.4 6.4 温差射流与浓差射流温差射流与浓差射流6.6 6.6 有限空间射流有限空间射流6.16.1 射流与孔口管嘴出流的研究对象不射流与孔口管嘴出流的研究对象不同,同,射流主要研究的是出流后的流速场、射流主要研究的是出流后的流速场、温度场和浓度场。温度场和浓度场。后者仅讨论出口断面后者仅讨论出口断面的流速和流量。的流速和流量。扩散器的水力设计扩
6、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进行动量交换,从而把周围的静止气体卷吸到射流中来,使得射流的流量和过流断面沿程不断增大,从而扩大圆锥状的结构。(一)射流场的形成与结构(一)射流场的形成与结构 -极角或扩散角极角或扩散角速度为u0的部分称为核心区;其余部分称为边界层。过度断面:只有轴心速度为u0的断面。图6-1 自由射流的流场结构特征yxRSxSnx0r0射流极点喷管出口射流核心区内边界面外边界面射流边界层主体段起始段转折截面v0v0等密度气体射
7、流速度场示意图1.1.射流的几何特性射流的几何特性:射流外边界扩张的变化规律称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流的扩张半径R R与射程与射程s s的关系。所谓射程的关系。所谓射程s s就是射流断面就是射流断面与射流出口的距离。与射流出口的距离。影响射流的扩张半径影响射流的扩张半径R R主要因素有两个。一个是射流出口断面主要因素有两个。一个是射流出口断面上气流的上气流的紊流强度紊流强度a,紊流强度,紊流强度a的大小用紊流系数表示。紊的大小用紊流系数表示。紊流系数是表征射流流动结构的特征系数。
8、流系数是表征射流流动结构的特征系数。a值越大,表明紊值越大,表明紊流强度越大,其与周围介质混合的能力就越强,周围被带动流强度越大,其与周围介质混合的能力就越强,周围被带动的介质就越多,射流的扩展就越大。的介质就越多,射流的扩展就越大。基本概念基本概念2.2.射流的运动特性:射流的运动特性:射流的速度分布规律反映出射射流的速度分布规律反映出射流的运动特性。许多学者通过大量实验,对不同断面上流的运动特性。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。的速度分布进行了测定,得到了射流的速度分布规律。3.3.射流的动力特征:射流的动力特征:射流过流断面间的动量变化规
9、律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,为射流的动力特性。实验证明,射流中任意点上的压强射流中任意点上的压强均等于周围气体的压强均等于周围气体的压强。4.4.平面射流:平面射流:仅在平面上扩张的射流为平面射流。从相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。方向的平面上扩张运动,形成的就是平面射流。射流计算见表射流计算见表6-26-2(二)射流场的几何特征及紊流系数(二)射流场的几何特征及紊流系数a)294.0(4.34.311R0000000
10、rasrsaxsxsxxxraaaKtg4.344.2圆断面射流平面射流a-紊(湍)流系数147.08.600dasdD00,4.3rxxxarR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管嘴出口处流体的紊流度越大,流速分布越不均匀,流度越大,流速分布越不均匀,a值越大。值越大。形状系数;形状系数;湍流系数,由实验决定,是表示射流湍流系数,由实验决定,是表示射流流动结构的特征系数。流动结构的特征系数。湍流系数与喷口断面的湍流强度湍流系数与喷口断面的湍流强度 和速度分和速度分布均匀性有关。布均匀性有关。a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,管嘴出管
11、嘴出口处流体的口处流体的紊流度越大,紊流度越大,流速分布越流速分布越不均匀,不均匀,a值值越大。越大。(三)(三)射流边界层的运动特征射流边界层的运动特征 图图6-2 主体段主体段速度分布图速度分布图 图图6-3 起始段起始段速度分布速度分布25.11Rym25.11(四)射流场的动力特征(四)射流场的动力特征x方向外力的合力为零,动量守恒方向外力的合力为零,动量守恒-射流的动力学射流的动力学特征特征202000022rQydyRydyrR0220202列动量守恒式:6.26.2 圆断面射流的运动分析圆断面射流的运动分析(一)主体段轴心速度主体段轴心速度mvxadasrasvvm96.0147
12、.048.0294.0965.0000二二.断面流量断面流量Q三三.断面平均速度断面平均速度1四四.质量平均流速质量平均流速2)147.0(4.4)294.0(2.2000dasrasQQxadasras19.0147.0095.0294.019.00001xadasras4545.0147.023.0294.04545.00002147.048.0100dasmarsn0671.0 五、起始段核心区长度五、起始段核心区长度 的计算及核心收缩角的计算及核心收缩角nsasrtgn49.10 【例题例题6.3】圆射流以圆射流以Q0=0.55m3/s,从从d0=0.3m管嘴流出。试求管嘴流出。试求2
13、.1m处射流半宽度处射流半宽度R、轴心速度轴心速度 、断面平均速度、断面平均速度 、质量平均速度、质量平均速度 ,并进行比较。并进行比较。m12【解】查表【解】查表6-1,得,得 =0.08。先求核心长度先求核心长度 所求截面在主体段内所求截面在主体段内。amarsn26.108.015.0672.0672.00mrrasR721.015.0294.015.01.208.04.3294.04.300smdQ/785.73.014.3455.0422000ns从而由主体段计算公式得从而由主体段计算公式得smdasm/285.5785.7147.03.01.208.048.0147.048.000
14、smdas/046.1785.7147.03.01.208.0095.0147.0095.0001smdas/533.2785.7147.03.01.208.023.0147.023.0002分析:由计算可知主体段内的轴心速度分析:由计算可知主体段内的轴心速度 小于小于核心速度核心速度 ;比较;比较 、可以看出可以看出,用质量平均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速度代表使用区的流速要比断面平均流速更适合。合。m012习习 题题 解解 析析 例例62 已知空气淋浴喷口直径为0.3m,要求工作区的射流半径为1.2m,质量平均流速为3m/s。求喷口至工作区的距离和喷口流量。已知:已
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