气体射流(第一次修改)课件

1、工程流体力学北方民族大学化工学院任课教师：康亚明穷究于理，成就与工2011年5月27日内容回顾核心问题1： 管路的串联与并联一、串联管路1.各管段的流量相等2.总损失等于各段管道中损失之和串联管路的两类计算问题ABH21（1）已知串联管道的流量Q，求总水头H ；（2）已知总水头H，求串联管道的流量Q 。知道电流求电阻知道电阻求电流- 并联管路流量分配规律两类计算问题AQQ1 d1 hl1Q2 d2 hl2Q3 d3 hl3BQ（1）已知A点和B点的静水头线高度（即测压管水头z+p/)， 求总流量Q；（2）已知总流量Q，求各分管道中的流量及能量损失。1. 现象：核心问题2、有压管中的水击问题 能

2、量守恒观点：能量消耗的过程 动量定理观点：动量转化为冲量的过程 内在原因：液体有惯性和压缩性 外在原因：液流速突然发生变化 在流体有压管道中，某种原因突然使液流速度发生变化，引起压强大幅度波动的现象，称为水击。水击压强可达管中正常压强的几十甚至几百倍。2. 产生原因产生噪声产生振动（剧烈）破坏阀门管道断裂泄漏管道爆裂水泵受损压力表弹性元件塑性变形3. 危害：4. 消除和防止措施方法原理（1）延长阀门的启、闭时间尽量减短管道长度避免发生直接水击（2）加大管径，限制流速降低pmax（3）在管道中的阀门前安装溢流阀（液体安全阀）或调压塔排放超出安全许用的压强脉冲（4）在管道中的阀门前安装蓄压器，贮气

3、罐等，或在低压管中接一橡胶管段。吸收水击能量加大管系的弹性，降低a值，使pmax下降。消除和防止措施第六章 气体射流知识要点6-1 无限空间淹没紊流射流的特征6-2 圆断面射流的运动分析6-3 平面射流6-4 温差或浓差射流1、射流的基本结构2、紊流射流的三个基本特征3、圆断面射流的速度、流量等沿射程的 变化规律 空调通风和除尘工程中的空气淋浴、空气帷幕、室内气流组织的设计；工程燃烧及旋流送风，污水经排污口出流后对水体的污染和处理，烟尘和废气的扩散和对环境的污染，高速射流在水力采矿和岩土破碎中的应用和在冶炼工艺中的应用等。射流的应用是十分广泛。射流的应用射流的应用射流泵一、射流泵的工作原理喷浆

4、二、射流泵的分类三、射流流动结构引言射流与孔口管嘴出流的研究对象不同。前者讨论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。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。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。反之，为有限空间射流，又称受限射流。气流自半径为R的圆断面喷嘴喷出，出口断面上的速度认为均匀分布。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。6-1 无限空间淹没紊流射流的特征特征?紊流射流的三大特征1、几何特征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

5、）紊流系数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。射流结构喷嘴种类带有收缩口的喷嘴0.0660.071圆柱形管0.0760.08带有导风板的轴流式通风机带导流板的直角弯管0.120.20紊流系数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收缩极好的平面喷口紊流系数 从表中数值可知,喷嘴上装置不同形式的风板栅栏,则出口截面上气流的扰动紊乱程度不同,因而紊流系数也就不同。扰动大的紊流系数值增大，扩散角也增大。0.240.1080.118喷嘴种类带金属网格的轴流风机0.155由可知： a值确定，射流边界层的外边界线也就确定，射流即按一定的扩散角向前作扩散运动，这

6、就是它的几何特征。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又以直径表示:射流半径沿程的线形增长性紊流射流的三大特征2、运动特征轴心速度最大，从轴心向边界层边缘，速度逐渐减小至零。距喷嘴距离越远边界层厚度越大，而轴心速度则越小，也就是速度分布曲线不断地扁平化了。各参数定义核心速度轴心速度 用半经验公式表示射流各横截面上的无因次速度分布为：射流各截面上速度分布的相似性紊流射流的三大特征3、动力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。因各面上所受静压强均相等，则x轴向外力之和为零。据动量方程可知，各横截面上动量相等动量守恒，这就是射流的动力学特征。 圆断面射

7、流为例应用动量守恒原理截面上动量流量为： 任意横截面上的动量流量则需积分：动量守恒式：射流各截面的动量守恒性用 除两端：6-2 圆断面射流的运动分析一、轴心速度 vm应用半经验公式代入：n11.522.53Bn0.09850.0640.04640.03590.0286Cn0.38450.30650.25850.22560.2015Bn和Cn值再将射流半径R沿程变化规律： 说明了无因次轴心速度与无因次距离 成反比的的规律。二、断面流量Q三、断面平均流速 断面平均流速仅为轴心流速的 20 。四、质量平均流速动量守恒 质量平均流速为轴心流速的 47。因此用 代表使用区的流速要比 更合适些。但必须注意

8、， 、 ：不仅在数值上不同，更重要的是在定义上根本不同，不可混淆。矩形喷嘴运动参数 以上分析出圆断面射流主体段内运动参数变化规律，这些规律亦适用于矩形喷嘴。但要将矩形换算成为流速当量直径代人进行计算。换算公式按第四章所述。五、起始段核心长度 Sn及核心收缩角段名参数名称符号圆断面射流平面射流扩散角 射流直径或半高度主体段Db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体段轴心速度流量Q断面平均流速质量平均流速段名参数名称符号圆断面射流平面射流起始段流量断面平均流速质量平均流速段名参数名称符号圆断面射流平面射流起始段核心长度喷嘴至极点距离收缩角例6-1：用轴流风机水平送风，风机直径为d0=

9、600mm，出口风速10m/s，求距出口10米处的轴心速度和风量。解：首先应判断该截面是处于起始段还是主体段。喷嘴种类带有收缩口的喷嘴0.0660.071圆柱形管0.0760.08带有导风板的轴流式通风机带导流板的直角弯管0.120.20紊流系数例6-2：已知空气淋浴地带要求射流半径为1.2m，质量平均流速v2为3m/s，圆形喷嘴直径为0.3m，求：1、喷口至工作地带的距离；2、喷嘴流量。喷嘴种类带有收缩口的喷嘴0.0660.071圆柱形管0.0760.08带有导风板的轴流式通风机带导流板的直角弯管0.120.20紊流系数已知射流直径D, v2,d0,a,求S和Q0【例题6.3】圆射流以Q0=

10、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 ，并进行比较。【解】查表得 = 0.08。 先求核心长度 ，所求截面在主体段内 。从而由主体段计算公式得分析：由计算可知主体段内的轴心速度 小于核心速度 ；比较 、 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。要点总结关键问题1： 射流的分类当出口速度较大，流动呈紊流状态时，叫做紊流射流。在空调通风工程上所应用的射流，多为气体紊流射流。射流主要研究的是出流后的流速场、温度场和浓度场。射流分无限空间射流（自由射流）和有限空间射流（受限射流）。射流核心边界层过渡断面

11、（转折断面）起始段及主体段扩散角（极角）射流结构关键问题2： 射流的结构 a值确定，射流边界层的外边界线也就确定，射流即按一定的扩散角向前作扩散运动，这就是它的几何特征。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关键问题3： 紊流射流的几何特征又以直径表示射流半径沿程的线形增长性 用半经验公式表示射流各横截面上的无因次速度分布为：射流各截面上速度分布的相似性关键问题4： 紊流射流的运动特征实验证明：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。据动量方程可知，各横截面上动量相等动量守恒，这就是射流的动力学特征。关键问题5： 紊流射流的动力特征 圆断面射流为例应用动