多相流课件第三章

1、煤燃烧国家重点实验室SKLCC31 等温自由射流理论等温自由射流理论自由射流自由射流: 无固体边界限制的射流无固体边界限制的射流1. 基本特性基本特性煤燃烧国家重点实验室SKLCC1) 转捩截面转捩截面 OHdS2142) 开始区域和基本区域开始区域和基本区域3) 具有初始速度的核心区具有初始速度的核心区4) 湍流边界层湍流边界层 在内边界在内边界 (v=vo) 和外边界和外边界 (v=0)间的区域间的区域5) 极点极点: 外边界表面的交汇点外边界表面的交汇点6) 相似性相似性煤燃烧国家重点实验室SKLCC在基本区在基本区, 无量纲速度是完全相似的无量纲速度是完全相似的即在对应点即在对应点21

2、21mxmxccvvvvyyyy其中其中 vm - x 轴向速度轴向速度 yc 距距x轴具有速度为轴具有速度为 (1/2)vm 的距离的距离.煤燃烧国家重点实验室SKLCC)()(byfyyfvvcmx(3-1)b 射流的半宽射流的半宽在开始区，不同截面边界层内的速度分布是相似的在开始区，不同截面边界层内的速度分布是相似的)()(0byfyyfvvbcx其中其中 009 . 01 . 00vvbcyyyyy(3-2)煤燃烧国家重点实验室SKLCC7) Vm的衰减的衰减)(,67. 0,67. 000000rasfvvrasvvrasxm(3-3)2. 湍流特性湍流特性 1) 在核心区在核心区,

3、 y, x, n nt 2) 在基本区，在基本区， n ntmax 3 n nto 3) vx vy vz, vx vy vz煤燃烧国家重点实验室SKLCC在核心区在核心区,)()(21byfvvbyfvvymyxmx(3-4)4) 混合长度混合长度 ltx/b = 0.11 lty/b = 0.10(3-5)煤燃烧国家重点实验室SKLCC3. 外边界和等速度线外边界和等速度线 在基本区在基本区dydvldtdbdydvlvvvvvdydvvdtdbxtxtxxyxyxy)(, 022煤燃烧国家重点实验室SKLCC从速度的相似性从速度的相似性mttmxvdtdbconstblblbvdydv.

4、21同样同样, xconstbconstdxdbdxdbvdtdbvdtdxdtdxdxdbdtdbmm(3-6)煤燃烧国家重点实验室SKLCC对于对于 .constvvconstbymx(3-7)即即 .constvvconstxymx(3-8)煤燃烧国家重点实验室SKLCC煤燃烧国家重点实验室SKLCC3-2 自由射流的半理论、半经验公式自由射流的半理论、半经验公式1. 等温自由射流的动量传递等温自由射流的动量传递 对于自由射流对于自由射流, )/(.0202smkgmomentumJconstdfvJdydpFx(3-11)煤燃烧国家重点实验室SKLCC1) 圆形截面自由射流圆形截面自由

5、射流bbxxconstydyvydyvJydydf0022.222(3-12)喷嘴出口的初始动量喷嘴出口的初始动量20200RvJ当流体为不可压缩时当流体为不可压缩时bxRdyRyvv0002012煤燃烧国家重点实验室SKLCC定义定义, 1010220200020001)(2,dvvRbvvdRbRbvvvvvvvvvvbymxmmmxmmxx从实验从实验,10222/30646. 0)1 (dvvvvmxmx煤燃烧国家重点实验室SKLCCmvvRb003 . 3(3-13)在转捩截面在转捩截面, vm = v03 . 30trsRb(3-14)通过任何截面的气体量通过任何截面的气体量bmx

6、mxdvvRbvvvRdyyvG0100002022煤燃烧国家重点实验室SKLCCmmxmmvvGGdvvvvvvRbvRG0010202020020013.20985.08.103.3(3-15)在转捩截面在转捩截面, vm = v013. 20trsGG(3-16)煤燃烧国家重点实验室SKLCC定义射流在某一截面的平均速度定义射流在某一截面的平均速度mavmmavavvvvvGGvvRbbRGGvvbfRffGvfGv2 . 013. 2,3 . 3,000020002200000(3-17)这表明截面平均速度是这表明截面平均速度是Vm 的的 20% .煤燃烧国家重点实验室SKLCC为计算

7、为计算 b, G, vav, 需要需要vm = f (x) 定义定义 axbaxyb,a 经验常数经验常数 faxyfxyfvvdvvRaxvvmxmxmb5 . 0022020从射流理论从射流理论 , 536. 020dvvbmx煤燃烧国家重点实验室SKLCC0096. 0Raxvvm(3-17)在转捩截面在转捩截面, vm = v0转捩截面到极点的距离转捩截面到极点的距离 xnaRxn096. 0(3-18)极点的深度极点的深度 s000asRaxb煤燃烧国家重点实验室SKLCC从射流理论从射流理论, b/ax = b = 3.429. 000Ras(3-19)某一截面到喷嘴出口的距离某一

8、截面到喷嘴出口的距离 s0000029. 0RasRasRasRax(3-20)29. 096. 000Rasvvm(3-21)a = 0.07 0.08煤燃烧国家重点实验室SKLCC这些关系式在具有圆形截面的自由射流基本区这些关系式在具有圆形截面的自由射流基本区内有效内有效.其它两个速度分布关联式其它两个速度分布关联式 xyvvxyvvmxmx170. 0cos15 . 096exp2(3-22)(3-23)射流半角：射流半角： a au = 4.85煤燃烧国家重点实验室SKLCC2) 平行平面射流平行平面射流 yxbb0s0sx煤燃烧国家重点实验室SKLCC对于单位厚度的射流对于单位厚度的

9、射流bxdyvJ02从动量守恒从动量守恒,bxconstbvdyv00202.(3-24)假定气体为不可压缩假定气体为不可压缩002 . 1baxvvm煤燃烧国家重点实验室SKLCC从射流理论从射流理论, b = b/ax = 2.420046. 3mvvbb(3-25)在转捩截面在转捩截面, vm = v046. 30bb(3-26)转捩截面到极点距离转捩截面到极点距离 xn44. 10baxn或或abxn044. 1(3-27)煤燃烧国家重点实验室SKLCC假定在基本区和开始区的扩散角相同假定在基本区和开始区的扩散角相同,41. 02 . 141. 041. 04 . 2000000000

10、00basvvbasbasbasbaxbasaxbasbaxbmb(3-28)(3-29)煤燃烧国家重点实验室SKLCCa 经验常数经验常数, 0.1 - 0.11通过任意截面的气体量通过任意截面的气体量ymxyxvvdyvbvGGdyvG00000042. 112(3-30)在转捩截面在转捩截面, vm = v0mavavavtrsvvbbGGffGGvvbbfffGvGG41.0,42.10000000(3-31)(3-32)煤燃烧国家重点实验室SKLCC从从Van der Hegge Zijnen的实验数据的实验数据,xyvvxyvvmxmx192.0cos15.075exp2或或(3-

11、33)2. 非等温射流的传热非等温射流的传热从从Taylor 的湍流理论的湍流理论mxmvvTT(3-34)其中其中 T = T - Th煤燃烧国家重点实验室SKLCC当射流的焓以温差计算当射流的焓以温差计算,mconstTdm0.(3-35)对于圆形射流对于圆形射流,bxRvTydyTv020002变换变换axbmxmmmaxydaxyvvTTRaxvvTT020005 .0)(煤燃烧国家重点实验室SKLCC定义定义 = y/ax, b = b/ax = 3.4 (从射流理论从射流理论)29. 07 . 029. 052. 0002/300RasdvvRasTTbmxm(3-36)(a =

12、0.07 - 0.08)煤燃烧国家重点实验室SKLCC对于平面射流对于平面射流,41. 004. 100basTTm(a = 0.1 - 0.11) (3-37)可以证明组分的扩散与温度完全一致可以证明组分的扩散与温度完全一致. 煤燃烧国家重点实验室SKLCC3-3 工程设备中常见特殊射流工程设备中常见特殊射流1. 平行射流组的流动平行射流组的流动平行射流组平行射流组煤燃烧国家重点实验室SKLCC平行射流组的流动平行射流组的流动初始段：轴心速度为初始段：轴心速度为v0的区段；的区段；基本段：基本段： 两相邻射流混合的截面两相邻射流混合的截面;过渡段过渡段: 初始段与基本段之间的区域初始段与基本

13、段之间的区域.由于相邻射流的引射作用由于相邻射流的引射作用,初始段缩短初始段缩短30%左右左右;实测初始段无因次速度分布实测初始段无因次速度分布:35 . 10001bbyuuu煤燃烧国家重点实验室SKLCC1. 平行射流组的流动平行射流组的流动边界层厚度增加较快边界层厚度增加较快, b=0.315x;射流汇合射流汇合,各自中心现出速度各自中心现出速度um仍最大仍最大 ,喷嘴间处速度喷嘴间处速度u2最小最小;离喷嘴越远离喷嘴越远,速度场趋于平坦速度场趋于平坦;每一喷嘴范围内的速度场仍具有相似性每一喷嘴范围内的速度场仍具有相似性;5 . 035 . 120227. 21yyyyuuuu煤燃烧国家重点实验室SKLCC2. 射流的相互碰撞射流的相互碰撞射流变形图射流变形图煤燃烧国家重点实验室SKLCC2. 射流的相互碰撞射流的相互碰撞在垂直截面上射流尺寸受到压缩在垂直截面上射流尺寸受到压缩,混合后以一定扩张混合后以一定扩张角流动角流动;在水平截面上射流变得很宽在水平截面上射流变得很宽,射流角越大射流角越大, 宽度越大宽度越大;动量相同的圆形射流相遇后射程最大动量相同的圆形射流相遇后射程最大, 抽吸周围介质抽吸周围介质量最少