第六章气体射流ppt课件.ppt
第六章 气体射流,内容：介绍气体射流的基本概念、基本规律及其在工程中的应用。要点：无限空间淹没紊流射流的特征、圆断面和平面射流的流速和流量等沿程变化规律，以及温差或浓差射流中温差和浓差的沿程变化规律。,基本概念,气体射流气体经孔口、管嘴或条缝流出的流动现象；通常指气体 淹没射流。紊流射流-当出口速度较大，流动呈紊流状态时的射流。研究对象-出流后的速度场、温度场和浓度场。分类-根据出流空间的大小分为无限空间射流；受限射流。,6.1 无限空间淹没紊流射流的特征,紊流的横向脉动造成射流与周围介质不断发生质量和动量交换，带动周围介质流动，使射流的质量、流量的横断面沿x 方向不断增加。,以无限空间中圆断面紊流射流为例讨论射流运动,x,u0,r0,x,u0,主体段,r0,6.1.1 过渡断面、起始段及主体段,过渡断面核心区消失的断面,起始段出口断面至过渡断面之间的部分,主体段过渡断面之后的部分,射流核心速度为 u0 的部分,u0,u0,边界层速度小于 u0 的部分,边界层,x,u0,M,A,D,B,E,O,r0,6.1.2 紊流系数a及几何特征,u=0,u=0,极点 射流外边界线的交点,极角 射流外边界限夹角的一半，也称扩散角,射流截面半径 R 与该断面至极点的距离 x 成正比,对于圆断面,K=3.4a,根据几何关系,紊流系数 a 表征射流结构的特征系数，与紊流度和出口速度的均匀性有关,紊流系数,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 也增大。,x,u0,M,A,D,B,E,C,F,R,O,x,r0,射流半径的沿程变化规律,或,圆断面射流半径沿射程的变化规律,运动特征,半经验无因次速度分布为,射流各截面的速度分布具有相似性,动力特征射流各截面沿轴向动量守恒,根据实验：射流内任意点压强均与周围压强相等,出口截面动量,对于任意射流流段列动量方程：轴向合外力为零,动量守恒,任意截面动量,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,代入无因次速度分布,代入几何特征，得无因次轴心速度,方程两端同除,6.2.2断面流量 QV,无因次流量,利用积分表 6-2，代入轴心速度与几何特征,6.2.3断面平均流速 v1,代入几何特征,6.2.4质量平均流速 v2,定义 v2 为质量平均流速,由于工程中涉及轴心附近高速区，引入质量平均流速,出口断面与任意截面动量恒等,带入几何特征,6-1 用轴流风机水平送风。已知风机直径 d0=600mm，出口,解:,根据断面流量公式,风速 v0=10m/s，求距出口 s=10m处的轴心速度和风量。,查表 6-1，紊流系数 a=0.12,根据核心速度公式,6.2.5起始段核心长度 sn 及核心收缩角,令 vm=v0 s=sn,根据轴心速度公式,核心收缩角,6.2.6起始段流量,边界层流量,将起始段流量分为核心流量和边界层流量两部分,核心无因次流量,起始段总流量,6.2.7 起始段断面平均流速,无因次断面平均流速,6.2.8 起始段质量平均流速,出口断面与任意截面动量恒等,无因次质量平均流速,6-2已知空气淋浴地带要求射流半径 R=1.2m，质量平均流速 v2=3 m/s，圆形喷嘴直径 d0=0.3m。求（1）喷嘴至工作地带的距离 s；（2）喷嘴流量。,解：查表 6-1，紊流系数 a=0.08,根据几何特征,喷射距离大于起始段核心长度，所求截面在主体段。,出口流速,出口流量,既然所求截面在主体段，采用主体段质量平均流速公式,6.3 平面射流,气体从狭长缝隙中外射运动时，射流在条缝长度方向几乎无扩散运动，只能在垂直条缝长度的各平面上扩散运动，由于这种流动可视为平面运动，故可称为平面射流,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,温度外边界层,射流内边界层,射流外边界层,温度内边界层,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,截面上某点与外界温差,对于浓差射流,出口截面与外界浓差,轴心与外界浓差,截面上某点与外界浓差,实验得出,6.4.1 轴心温差,查积分表6-2，并考虑几何特征与主体段相对速度,热力特征等压条件下，射流各截面的相对焓值不变,出口断面与任意截面单位时间的相对焓值相等,用,除以上式两端,6.4.2 质量平均温差,定义 T2 为质量平均温差,出口断面与任意截面相对焓值相等,6.4.3 起始段质量平均温差,6.4.4 射流弯曲,温差（浓差）射流密度与周围气体不同导致受力不平衡,射流偏离原轴线，或上或下,受力分析,A点单位体积射流所受重力,根据牛顿第二定律：单位体积射流受力等于其密度乘以加速度,A点单位体积射流所受浮力,A,x,y,若射流轴心 A 偏离了 y,A点的加速度可表示为,或者,根据等压过程的状态方程、轴心速度变化和温差变化规律,A,x,y,y,y,A,经实验修正,x=scos,在图中，射流轨迹 y 可表示为,其无因次式为,将前式代入,A,x,y,y,y,A,称为阿基米德数,x,对于平面射流,6-3 工作地点面质量平均风速 v2=3 m/s工作面直径 D=2.5m，送风温度 15oC，周围空气温度 30oC，要求将工作地质量平均风速降至25oC，采用轴流风机送风。求（1）风口的直径及风速；（2）风口到工作面的距离；（3）射流在工作面的下降值。,解：查表 6-1，紊流系数 a=0.12,（1）根据质量平均温差,将上式带入几何特征,再根据质量平均流速,（2）风口到工作面的距离可从,中解得,（3）射流在工作面的下降值,解：查表 6-1，紊流系数 a=0.118,根据平面射流无因次轨迹方程,式中,6-3 室外空气由外墙上离地面 7m 处的狭缝孔口送入。已知孔口长12m、高0.35m，室内外空气温度分别为 20oC 和-10oC，射流初速度为 2 m/s，求室内地面温度。,代入上式,再根据轴心温差公式（表6-4）,解得,解得,6.6 有限空间射流,6.2.1 射流结构,射流半径及流量增加后减小，射流边界呈橄榄型,射流边界外部与固体壁面间形成回流区，流线呈闭合状,贴附现象喷嘴高度与房高的比值大于0.7时射流的附顶现象,贴附射流可看成是完整射流的一半，规律相同,6.2.2 动力特征,6.2.3 半经验计算公式,各截面动量不守恒,F 为垂直于射流的房间横截面积,为射流截面到极点的无因次距离,回流平均速度,最大回流速度,设计射流作用长度,射流总长度与末端涡流区,设计回流平均速度,房间长度大于 L4 时，出现末端涡流区,第 6 章 小结 无限空间淹没紊流射流的特征：几何、运动、动力圆断面射流的运动分析平面射流浓差或温差射流有限空间射流,边界层,射流核心,x,u0,过渡断面,起始段,主体段,M,A,D,B,E,C,F,R,O,x0,sn,s,x,r0,
