第六章 气体射流(第一次修改).ppt

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,（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,A,Q,Q1 d1 hl1,Q2 d2 hl2,Q3 d3 hl3,B,Q,（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。,

2、1. 现象：,核心问题2、有压管中的水击问题,能量守恒观点：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,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

3、,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,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

4、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）,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,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

5、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。,0.24 0.108 0.118,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

6、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：,Bn和Cn值,再将射流半径R沿程变化

7、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， 、 ：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,主体段,D b,射流参数的计算,例6-1：用轴流风机水平送风，风机直径为d0=600mm，出口

8、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。,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。,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=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

9、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（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：,