《氣體射流》ppt課件

1、 射流的定義： 流體經(jīng)由孔口或管嘴放射到一個足夠大的空間后，不再 受邊壁的限制而繼續(xù)分散流動，這種流動那么稱為射流。 射流的分類方法： 1.按射流流體的流動形狀不同，可分為層流射流和紊流 射流。 2.按射流流體的流動速度大小不同，可分為亞音速射流 和超音速射流。 3.按射流流體在充溢靜止流體的空間內(nèi)分散流動的過程 中，能否遭到某固體邊境的約束，可分為自在射流、半限制射 流和限制射流。 4.按射流流體在分散流動過程中能否旋轉(zhuǎn)，可分為旋轉(zhuǎn) 射流和非旋轉(zhuǎn)射流。 5.按射流管嘴出口截面外形不同，可分為圓形射流(又稱軸 對稱射流)、矩形射流、條縫射流(可按平面射流處置)、環(huán)狀射 流和同心射流等。 對于矩

2、形射流，當長寬比小于3時，可按軸對稱射流思索， 當長寬比大于10時，按平面射流思索。 6.按射流流體的流動方向與外界空間流體的流動方向不同， 可分為順流射流、逆流射流和叉流射流。 7.按射流流體與外界空間內(nèi)流體的溫度及濃度不同，可分為 溫差射流和濃差射流。 8.按射流流體內(nèi)所攜帶的異相物質(zhì)的不同，可分為氣液兩相 射流，氣固兩相射流和液固兩相射流以及氣液固多相射流等。 由于工程上常見的射流普通都是紊流射流，所以本章主要討 論紊流射流的特征和機理。 研討射流的目的和研討方法 目的：研討射流擴展范圍、軸線軌跡、流速、流量、溫 度和濃度等物理量隨射程的變化規(guī)律。 研討方法：實驗方法和實際分析。邊境層實

3、際(邊境層 微分方程和動量方程的積分)是實際分析中常用的方法。 射流的運用 空調(diào)通風和除塵工程中的空氣淋浴、空氣帷幕、室內(nèi)氣 流組織的設(shè)計；工程熄滅技術(shù)及旋流送風，污水經(jīng)排污口出 流后對水體的污染和處置，煙塵和廢氣的分散和對環(huán)境的污 染，高速射流在水力采礦和巖土破碎中的運用和在冶煉工藝 中的運用等。射流的運用是非常廣泛的。 現(xiàn)以無限空間中圓斷面紊流射流為例，討論射流運動。 氣流自半徑為 R 的圓斷面噴嘴噴出。出口斷面上的速度以為均 勻分布，皆為 u0值，且流動為紊流。取射流軸線 M x為 x 軸。 經(jīng)過許多學(xué)者的實驗和觀測，得出這種射流的流動特性及構(gòu)造 圖形。 速度為 u0的部分稱為 射流中心

4、，其他部 分速度小于u0 ，稱為 邊境層。 射流邊境層一方面不 斷地向外分散，帶動 周圍介質(zhì)進人邊境層， 另一方面向射流中心 擴展。 只需軸心點上速度為 u0的射流斷面 稱為 過渡斷面或轉(zhuǎn)機斷面。 以過渡斷面分界，出口斷面至過渡斷面稱為射流 起始段。過渡斷面以后 稱為射流 主體段。 起始段射流軸心上速度都為 u0 ，而主體段軸心速度沿 x 方向不斷下降，主 體段中完全為射流邊境層所占據(jù)。 起始段 主體段 實驗結(jié)果及半閱歷實際都得出射流外邊境是一條直線，如圖 上的 AB 及 DE 線。 AB、 DE 反向延伸至噴嘴內(nèi)交于 M 點，此點稱為極點， AMD的一半稱為極角，又稱 分散角 。 BO 為圓

5、斷面射流截面的半徑 R，R稱為 射流半徑。 射流外邊境 極點 實驗結(jié)果及半閱歷實際都得出，紊流射流的外邊境限是一條直 線(統(tǒng)計平均值)，紊流射流的半徑R或厚度(半寬度)B沿軸線x 方向是線性增長的，即 k為實驗系數(shù)。 對于軸對稱射流k3.4a； 對于平面射流k2.44a。 式中a為紊流系數(shù)，它取決于管嘴出口截面上流體的紊流度 及速度分布的均勻程度，管嘴出口處流體的紊流度越大，流速 分布越不均勻，a值越大。 對于軸對稱自在射流a0.070.08； 對于平面自在射流a0.100.12。 xkBxkR或 射流分散角 由此可見，管嘴出流的紊流系數(shù)a越 大，射流的擴張角也越大。管嘴出流 的紊流系數(shù)a還與

6、射流出口斷面的速度分布的均勻性有關(guān),比如帶 有收縮口的噴嘴,假設(shè)速度分布均勻,那么a值為0.066,假設(shè)分布不 太均勻,那么a值取0.071. ak x R tg4 . 3 )294. 0+(4 . 3= 00 r as r R )+(4.3= 0 sxaR 射流半徑沿程變化規(guī)律 axKxR4.3 截面到極點的距離:x 紊流系數(shù)a值確定,射流邊境層的外邊境限也就被確定,射流按一定 的分散角向前作分散運動,這就是射流的幾何特征. 射流半徑沿程具有線形增長性 軸心速度最大，從 軸心向邊境層邊緣， 速度逐漸減小至零。 距噴嘴間隔越遠邊 境層厚度越大，而 軸心速度那么越小， 也就是速度分布曲 線不斷地

7、扁平化了。 主體段(特留彼爾) 起始段(阿勃拉莫維奇) 核心速度 點速度y v v yy yy y y vv v b c 0 1090 50 00 0 . . 各參數(shù)定義 。同截面上軸心點的速度 核心速度 的距離點至邊緣軸線同一截面上 的距離點至邊緣軸線同一截面上 的距離點至邊緣軸線同一截面上 軸心線的橫坐標軸。是以噴嘴邊緣所引平行線 線的距離。起始段任意一點至 m oxy oxy oxy ox oxy 0 01 . 0 09 . 0 05 . 0 0.1- 0.9- 0.5- - 0 0 0 平面自在射流不同截面的速度分布 自在射流截面無因次速度分布 原來各截面不同的速度分布曲線，均變換成為

8、同一條無 因次分布線。 主體段 y：所求的點到軸心的間隔 R：邊境層的厚度 m：軸心速度 起始段 y：所求的點到中心邊境的間隔 R：同截面上邊境層的厚度 m：中心速度vmv0 射流各截面上無因次速度半閱歷公式 自在射流流動參量的變化曲線 射流中恣意點上的靜壓強均等于周圍氣體的壓強，即p=0。 各面上所受靜壓強均相等，x 軸向外力之和為零。 各橫截面上動量相等 動量守恒，這就是射流的動力學(xué)特 征。 起始段主體段 成反比。與無因此距離說明了無因次軸心速度 除兩端以 x xa d as r as R y d R y R r R ydyr m mm m R 96. 0 147. 0 48. 0 294

9、. 0 965. 0 2 2 00 0 2 1 0 2 0 2 0 22 0 22 0 2 0 xa d as r as Q Q r y d r y r ydy Q Q V V r R R V V 2 . 2147. 04 . 4294. 02 . 2 2 000 00 0 00 2 0 0 0 0 xa d as r as R r Q Q A Q A Q V V V V 19. 0 147. 0 095. 0 294. 0 19. 0 00 0 1 2 0 0 0 0 0 1 xa d as r as m 96. 0 147. 0 48. 0 294. 0 965. 0 00 0 xa d

10、as r as Q Q QQ V V VV 4545. 0 147. 0 23. 0 249. 0 4545. 0 00 0 0 2 200 xa d as r as m 96. 0 147. 0 48. 0 294. 0 965. 0 00 0 質(zhì)量平均流速為軸心流速的 47。因此用 2代表運用區(qū)的流速 要比 1更適宜些。但必需留意， 1 、 2 ：不僅在數(shù)值上不 同，更重要的是在定義上根本不同，不可混淆。 質(zhì)量平均流速定義為：用2乘以質(zhì)量即得真實軸向動量。 a r s n 0 671.0 a s r tg n 49. 1 0 2 000 2 000 2 000 1.320.761 0.90

11、-3.74 22. 298. 21 r as r as Q QQ r as r as Q Q r as r as Q Q V VV V V V V 整個截面上的流量 邊界層中無因次流量 核心內(nèi)無因次流量 2 00 2 00 0 1 2 0 0 0 0 0 1 56.118 . 61 32. 176. 01 r as r as r as r as rR r Q QQ A Q A QQ V VV V VV 2 00 0 0 2 002 32. 176. 01 1 r as r as QQ Q QQQ VV V VVV 用軸流風機程度送風, 風機直徑d0=600mm，出口風速10m/s。 求矩出口1

12、0m處的軸心速度和風量。 知空氣淋浴地帶要求射流半徑為1.2m，質(zhì)量平均流速 為2=3m/s，圓形噴嘴直徑為0.3m。求 1噴口至任務(wù)帶的間隔 2噴嘴流量 m 1 2 a n s m a r sn26. 1 08. 0 15. 0 672. 0672. 0 0 在主體段內(nèi) 1 . 2 mssn mr r as R721. 015. 0294. 0 15. 0 1 . 208. 0 4 . 3294. 04 . 3 0 0 sm d Q /785.7 3 .014.3 455.0 4 22 0 0 0 sm d as m /285. 5785. 7 147. 0 3 . 0 1 . 208. 0

13、 48. 0 147. 0 48. 0 0 0 sm d as /046. 1785. 7 147. 0 3 . 0 1 . 208. 0 095. 0 147. 0 095. 0 0 0 1 sm d as /533. 2785. 7 147. 0 3 . 0 1 . 208. 0 23. 0 147. 0 23. 0 0 0 2 分析：由計算可知主體段內(nèi)的軸心速度分析：由計算可知主體段內(nèi)的軸心速度 小于中心速小于中心速 度度 ；比較；比較 、 可以看出可以看出,用質(zhì)量平均速度代表運用用質(zhì)量平均速度代表運用 區(qū)的流速要比斷面平均流速更適宜。區(qū)的流速要比斷面平均流速更適宜。 m 0 1 2 上

14、一節(jié)研討的射流與周圍氣體的溫度和密度是一樣 的。所以射流軸線與噴口流速0的方向一樣，構(gòu)成一 條直線，這種射流稱為等溫射流。 但在供熱通風與空調(diào)工程中，涉及到的射流往往與 周圍流體存在著溫度差或所含固體顆粒及其他物質(zhì)的濃 度差，這類射流稱為溫差射流或濃差射流。夏天向房間 保送冷空氣降溫，冬天向房間保送熱空氣取暖，這是溫 差射流的實例。向含塵濃度高或分發(fā)大量有害氣體的消 費車間保送清潔空氣，用以降低粉塵或有害氣體的濃度， 改善任務(wù)區(qū)的環(huán)境，那么屬濃差射流。 第四節(jié) 溫差或濃差射流 與周圍氣體存在溫度差或濃度差的射流，當從噴口 高速噴出后，由于紊流質(zhì)點運動的橫向摻混，射流除了 與周圍氣體發(fā)生動量交換

15、之外，還存在著熱量交換和濃 度交換。對于溫差射流，熱量交換的結(jié)果，使原來溫度 較低的氣體，溫度有所升高，而原來溫度較高的氣體， 溫度有所下降。所以射流各斷面上的溫度分布是不同的， 同理，射流各斷面上的濃度分布也不同，這將使射流內(nèi) 出現(xiàn)溫度或濃度的不均勻延續(xù)分布。 在供熱通風與空調(diào)工程中出現(xiàn)的溫度差或濃度差普 通都不大，引起的密度變化很小，在分析中仍可按不可 緊縮流體處置，也不思索異質(zhì)的存在對流動的影響。 溫差或濃差射流分析，主要是研討射流溫差，濃差 分布場的規(guī)律。同時討論由溫差，濃差引起射流彎曲的 軸心軌跡。 度邊境層，虛線為溫度邊境層的內(nèi)外界限。 濃度分散與溫度類似。在實踐運用中，為了簡化起

16、見， 可以以為，溫度、濃度內(nèi)外的邊境與速度內(nèi)外的邊境一樣。 于是參數(shù) R 、 Q 、 m 、 1、 2等可運用前兩節(jié)所述 公式，僅對軸心溫差 Tm，平均溫差T2等沿射程的變化 規(guī)律進展討論。 溫差或濃差射流中所要研討的參數(shù)。 對溫差射流： T射流恣意斷面上恣意一點的溫度，K； T0噴口處射流的溫度，K； Tm射流恣意一斷面軸心處的溫度，K； Te周圍空氣的溫度，K。 對濃差射流： 射流恣意斷面上恣意一點某種物質(zhì)的濃度， mg/l或g/m3； 0噴口處射流某種物質(zhì)的濃度； m射流恣意一斷面軸心處某種物質(zhì)的濃度； e周圍空氣中某種物質(zhì)的濃度。 5 . 1 )1 R y u u T T mmm （

17、由于溫差射流和 濃差射流的密度 與周圍氣體密度 不同，射流在運 動過程中，所受 重力與浮力不平 衡，導(dǎo)致射流在 流動過程中會發(fā) 生向上或向下的 彎曲。也就是說 溫差或濃差射流 的軸心線不再是一條與噴口軸線方向一樣的直線，而是一條曲 線。但整個射流仍可看作對稱于軸心線。為了能利用前面引見 的公式計算射流沿射程的運動參數(shù)及溫差或濃差的變化規(guī)律， 就必需了解射流軸心線的偏移量或它的軌跡。 )35. 051. 0( 23 00 ss d a d A y r Ar T Tgd ss d a T Tg y e e 2 0 00 23 0 2 0 0 )35. 051. 0( 令 e r T Tgd A 2

18、 0 00 e r gd A 2 0 00 任務(wù)地點質(zhì)量平均風速要求3m/s，任務(wù)面直徑D=2.5m，送風 溫度為15，車間空氣溫度為30，要求任務(wù)地點的質(zhì)量平 均溫度降到25，采用帶導(dǎo)葉的軸流風機，紊流系數(shù)a=0.12。 求 1風口的直徑及速度 2風口到任務(wù)面的間隔 3求射流在任務(wù)面的下降值。 s do=? T0=15 D=2.5m T2=25 2=3m/s Te=30 風口 任務(wù)區(qū) ，由 41. 0 833. 0 0 0 b sa 41. 0 0 b sa Z并令 25. 1 1040 . 0 1006. 0 833. 0 833. 0 3 3 0 Z )41.0(44.2 00 b sa b b m262.0 25.144.2 0 .1 44.2 )41.0(44.2 22 0 0 Z b B sa b b 41.0 2 .1 0 0 m b sa 由 m/s8 . 4 25. 1 0 . 52 . 12 . 1 41. 0 2 . 1 0 0 0 m Z b sa 41. 0 0 b sa Z由 m516. 2 12. 0 )41. 025.