第六章氣體射流第一次修改

1、工程流體力學(xué)工程流體力學(xué)任課教師：康亞明任課教師：康亞明窮究于理，成就與工窮究于理，成就與工2011年年5月月27日日核心問(wèn)題核心問(wèn)題1： 管路的串聯(lián)與并聯(lián)管路的串聯(lián)與并聯(lián)一、串聯(lián)管路一、串聯(lián)管路1.1.各管段的流量相等各管段的流量相等2.2.總損失等于各段管道中損失之和總損失等于各段管道中損失之和321qqqq21 3123llllhsqhhh221ssss222112233sqs qs q串聯(lián)管路的兩類計(jì)算問(wèn)題串聯(lián)管路的兩類計(jì)算問(wèn)題abh21（1）已知串聯(lián)管道的流量）已知串聯(lián)管道的流量q，求總水頭，求總水頭h ；（2）已知總水頭）已知總水頭h，求串聯(lián)管道的流量，求串聯(lián)管道的流量q 。知道電

2、流知道電流求電阻求電阻知道電阻知道電阻求電流求電流3211111ssss311323321221;ssqqssqqssqq123123111:q q qsss- - 并聯(lián)管路流量分配規(guī)律并聯(lián)管路流量分配規(guī)律兩類計(jì)算問(wèn)題兩類計(jì)算問(wèn)題aqq1 d1 hl1q2 d2 hl2q3 d3 hl3bq（1）已知）已知a點(diǎn)和點(diǎn)和b點(diǎn)的靜水頭線高度（即測(cè)壓管水頭點(diǎn)的靜水頭線高度（即測(cè)壓管水頭z+p/)， 求總流量求總流量q；（2 2）已知總流量）已知總流量q，求各分管道中的流量及能量損失。，求各分管道中的流量及能量損失。1. 現(xiàn)象：現(xiàn)象： 能量守恒觀點(diǎn)：能量消耗的過(guò)程能量守恒觀點(diǎn)：能量消耗的過(guò)程 動(dòng)量定理觀

3、點(diǎn)：動(dòng)量轉(zhuǎn)化為沖量的過(guò)程動(dòng)量定理觀點(diǎn)：動(dòng)量轉(zhuǎn)化為沖量的過(guò)程 內(nèi)在原因：液體有慣性和壓縮性內(nèi)在原因：液體有慣性和壓縮性 外在原因：液流速突然發(fā)生變化外在原因：液流速突然發(fā)生變化 在流體有壓管道中，某種原因突然使液流速度發(fā)在流體有壓管道中，某種原因突然使液流速度發(fā)生變化，引起壓強(qiáng)大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象，稱為水擊。生變化，引起壓強(qiáng)大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象，稱為水擊。水擊壓強(qiáng)可達(dá)管中正常壓強(qiáng)的幾十甚至幾百倍。水擊壓強(qiáng)可達(dá)管中正常壓強(qiáng)的幾十甚至幾百倍。2. 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 產(chǎn)生噪聲產(chǎn)生噪聲 產(chǎn)生振動(dòng)（劇烈）產(chǎn)生振動(dòng)（劇烈） 破壞閥門破壞閥門 管道斷裂泄漏管道斷裂泄漏 管道爆裂管道爆裂 水泵受損水泵受損 壓力表彈性元

4、件塑性變形壓力表彈性元件塑性變形3. 3. 危害：危害：4. 4. 消除和防止措施消除和防止措施方法方法原理原理（1 1）延長(zhǎng)閥門的啟、閉時(shí)間盡）延長(zhǎng)閥門的啟、閉時(shí)間盡量減短管道長(zhǎng)度量減短管道長(zhǎng)度避免發(fā)生直接水擊避免發(fā)生直接水擊（2 2）加大管徑，限制流速）加大管徑，限制流速降低降低p pmaxmax（3 3）在管道中的閥門前安裝溢）在管道中的閥門前安裝溢流閥（液體安全閥）或調(diào)壓塔流閥（液體安全閥）或調(diào)壓塔排放超出安全許用的壓強(qiáng)脈沖排放超出安全許用的壓強(qiáng)脈沖（4 4）在管道中的閥門前安裝蓄）在管道中的閥門前安裝蓄壓器，貯氣罐等，或在低壓管壓器，貯氣罐等，或在低壓管中接一橡膠管段。中接一橡膠管段

5、。吸收水擊能量加大管系的彈性，吸收水擊能量加大管系的彈性，降低降低a a值，使值，使p pmaxmax下降。下降。消除和防止措施消除和防止措施第六章第六章 氣體射流氣體射流射流的應(yīng)用射流泵一、射流泵的工作原理噴漿二、射流泵的分類三、射流流動(dòng)結(jié)構(gòu)引言引言xssx核心a起始段dm0主體段bcf邊界層rer00n6-1 無(wú)限空間淹沒(méi)紊流射流的特征無(wú)限空間淹沒(méi)紊流射流的特征特征特征?紊流射流的三大特征紊流射流的三大特征1 1、幾何特征、幾何特征3.4kxtgkax0bkx紊流系數(shù)與出口紊流系數(shù)與出口斷面上紊流強(qiáng)度斷面上紊流強(qiáng)度有關(guān)，也與出口有關(guān)，也與出口斷面上速度分布斷面上速度分布的均勻性有關(guān)。的均勻

6、性有關(guān)。射流結(jié)構(gòu)射流結(jié)構(gòu)xssx核心a起始段dm0主體段bcf邊界層rer00n噴嘴種類噴嘴種類帶有收縮口的噴嘴帶有收縮口的噴嘴0.0660.071圓柱形管圓柱形管0.0760.08帶有導(dǎo)風(fēng)板的軸流式通風(fēng)機(jī)帶有導(dǎo)風(fēng)板的軸流式通風(fēng)機(jī)帶導(dǎo)流板的直角彎管帶導(dǎo)流板的直角彎管0.120.20紊流系數(shù)紊流系數(shù)2a2 5 2 02 7 1 0oo29 00o4 4 3 06 8 3 0oo紊流系數(shù)紊流系數(shù)2a7 8 4 0o2 9 3 0o3 2 1 0o4 1 2 0o 從表中數(shù)值可知從表中數(shù)值可知, ,噴嘴上裝置不同形式的噴嘴上裝置不同形式的風(fēng)板柵欄風(fēng)板柵欄, ,則出口截面上氣流的擾動(dòng)紊亂程度則出口截面

7、上氣流的擾動(dòng)紊亂程度不同不同, ,因而紊流系數(shù)也就不同。擾動(dòng)大的紊流因而紊流系數(shù)也就不同。擾動(dòng)大的紊流系數(shù)值增大，擴(kuò)散角也增大。系數(shù)值增大，擴(kuò)散角也增大。由由tan3.4ka可知可知：xssx核心a起始段dm0主體段bcf邊界層rer00na值確定，射流值確定，射流邊界層的外邊界線邊界層的外邊界線也就確定，射流即也就確定，射流即按一定的擴(kuò)散角向按一定的擴(kuò)散角向前作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，這前作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，這就是它的就是它的幾何特征幾何特征。應(yīng)用這一特征，對(duì)應(yīng)用這一特征，對(duì)圓斷面射流可求出圓斷面射流可求出射流半徑沿射程的射流半徑沿射程的變化規(guī)律變化規(guī)律06.8(0.147)dasdd00000011 3.43.

8、40.294/xsrssasarxrtgrr 00000000/3.4 ()3.4/1/xrs rxsra xsaxrxrtg又又以直徑表示以直徑表示:射流半徑沿程的線形增長(zhǎng)性射流半徑沿程的線形增長(zhǎng)性紊流射流的三大特征紊流射流的三大特征2 2、運(yùn)動(dòng)特征、運(yùn)動(dòng)特征各參數(shù)定義各參數(shù)定義核心速度核心速度軸心速度軸心速度 用半經(jīng)驗(yàn)公式表示射流各橫截面上的無(wú)用半經(jīng)驗(yàn)公式表示射流各橫截面上的無(wú)因次速度分布為：因次速度分布為：yr1.52(1)m射流各截面上速度分布的相似性射流各截面上速度分布的相似性1.5 21 () myrm紊流射流的三大特征紊流射流的三大特征3 3、動(dòng)力特征、動(dòng)力特征動(dòng)力特征動(dòng)力特征+

9、ymrr0-yxsx1221ryyy0 x射流計(jì)算式的推證dyy220000qr 圓斷面射流為例應(yīng)用動(dòng)量守恒原理截面上圓斷面射流為例應(yīng)用動(dòng)量守恒原理截面上動(dòng)量流量動(dòng)量流量為：為： 任意橫截面上的動(dòng)量流量則需積分：任意橫截面上的動(dòng)量流量則需積分：20022rrydyydy 動(dòng)量守恒式動(dòng)量守恒式：2220002rrydy 射流各截面的動(dòng)量守恒性射流各截面的動(dòng)量守恒性02220002rrydy 22mr1222000() ()2()()mmryydrvrr6-2 圓斷面射流的運(yùn)動(dòng)分析圓斷面射流的運(yùn)動(dòng)分析一、軸心速度一、軸心速度 m00mm應(yīng)用半經(jīng)驗(yàn)公式代入：應(yīng)用半經(jīng)驗(yàn)公式代入：1.5 21 () m

10、yr1222000() ()2()()mmryydrrrm22b1202 ()md 10()nnmbd 10()nnmcdbn和和cn值值2200222 0.0464mrvbrv003.28mvrvr0000.9650.480.960.2940.147masasaxrd再將射流半徑再將射流半徑r r沿程變化規(guī)律：沿程變化規(guī)律： 說(shuō)明了無(wú)因次軸心速度與無(wú)因次距離說(shuō)明了無(wú)因次軸心速度與無(wú)因次距離 成反比的的規(guī)律。成反比的的規(guī)律。x03.4raxr003.40.294rasrr二、斷面流量二、斷面流量q0000,mmyy rrr r00200000022rrmydyqyyrdqrrr 002.20.

11、294qasqr0qq三、斷面平均流速三、斷面平均流速0100,qqaa2001000qarqq aqr101000.190.190.294asa xr100.96ma x002qq 020000.45450.230.45450.2940.147qasasqaxrd四、質(zhì)量平均流速四、質(zhì)量平均流速20200.96max20.47m1212矩形噴嘴矩形噴嘴運(yùn)動(dòng)參數(shù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)五、起始段核心長(zhǎng)度五、起始段核心長(zhǎng)度 及核心收縮角及核心收縮角00.672nrsa01.49nrtgasxssx核心a起始段dm0主體段bcf邊界層rer00n3.4tga2.44tga主體段主體段006.80.147dasdd

12、002.440.41basbbdb射流參數(shù)的計(jì)算射流參數(shù)的計(jì)算m000.480.147mvasvd001.20.41mvvasb004.40.147qasqd001.20.41qasqb1000.0950.147vasvd1000.4920.41vvasb2000.230.147vasvd2000.8330.41vvasb12220001 0.761.32qasasqrr 0010.43qasqb 200120001 0.761.321 6.811.56asasrrasasrr01001 0.4312.44asbasb2200011 0.761.32asasrr20011 0.43asbq1n

13、s00.672nrsa01.03nbsa000.41bxa1.49tga0 x000.294rxa0.97tga例例6-1：用軸流風(fēng)機(jī)水平送風(fēng)，風(fēng)機(jī)直徑為：用軸流風(fēng)機(jī)水平送風(fēng)，風(fēng)機(jī)直徑為d0=600mm，出口風(fēng)速，出口風(fēng)速10m/s，求距出口，求距出口10米米處的軸心速度和風(fēng)量。處的軸心速度和風(fēng)量。00.672nrsa紊流系數(shù)紊流系數(shù)2a25 2027 10oo29 00o4 4 3 06 8 3 0oo000.480.147mvasvd004.40.147qasqd例例6-2：已知空氣淋浴地帶要求射流半徑為：已知空氣淋浴地帶要求射流半徑為1.2m，質(zhì)量平均流速，質(zhì)量平均流速v2為為3m/s，

14、圓形噴嘴直徑，圓形噴嘴直徑為為0.3m，求：，求：1、噴口至工作地帶的距離；、噴口至工作地帶的距離；2、噴嘴流量。噴嘴流量。紊流系數(shù)紊流系數(shù)2a25 2027 10oo29 00o4 4 3 06 8 3 0oo006.80.147dasdd00.672nrsa2200011 0.761.32vvasasrrmarsn26. 108. 015. 0672. 0672. 00mssn1 . 2mrrasr721. 015. 0294. 015. 01 . 208. 04 . 3294. 04 . 300smdq/785. 73 . 014. 3455. 04220001ma2nssmdasm/2

15、85. 5785. 7147. 03 . 01 . 208. 048. 0147. 048. 000smdas/046. 1785. 7147. 03 . 01 . 208. 0095. 0147. 0095. 0001smdas/533. 2785. 7147. 03 . 01 . 208. 023. 0147. 023. 0002分析：由計(jì)算可知主體段內(nèi)的軸心速度分析：由計(jì)算可知主體段內(nèi)的軸心速度 小于核心速小于核心速度度 ；比較；比較 、 可以看出可以看出,用質(zhì)量平均速度代表使用用質(zhì)量平均速度代表使用區(qū)的流速要比斷面平均流速更適合。區(qū)的流速要比斷面平均流速更適合。m012關(guān)鍵問(wèn)題關(guān)鍵問(wèn)題

16、1： 射流的分類射流的分類射流結(jié)構(gòu)射流結(jié)構(gòu)xssx核心a起始段dm0主體段bcf邊界層rer00n關(guān)鍵問(wèn)題關(guān)鍵問(wèn)題2： 射流的結(jié)構(gòu)射流的結(jié)構(gòu)tan3.4ka a值確定，射流邊值確定，射流邊界層的外邊界線也界層的外邊界線也就確定，射流即按就確定，射流即按一定的擴(kuò)散角向前一定的擴(kuò)散角向前作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，這就作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，這就是它的幾何特征。是它的幾何特征。應(yīng)用這一特征，對(duì)應(yīng)用這一特征，對(duì)圓斷面射流可求出圓斷面射流可求出射流半徑沿射程的射流半徑沿射程的變化規(guī)律變化規(guī)律xssx核心a起始段dm0主體段bcf邊界層rer00n關(guān)鍵問(wèn)題關(guān)鍵問(wèn)題3： 紊流射流的紊流射流的幾何特征幾何特征00000000/3.4

17、()3.4/1/xrs rxsra xsaxrxrtg06.8(0.147)dasdd00000011 3.43.40.294/xsrssasarxrtgrr 又又以直徑表示以直徑表示xssx核 心a起 始 段dm0主 體 段bcf邊界層rer00n射流半徑沿程的線形增長(zhǎng)性射流半徑沿程的線形增長(zhǎng)性 用半經(jīng)驗(yàn)公式表示射流各橫截面上的無(wú)因次用半經(jīng)驗(yàn)公式表示射流各橫截面上的無(wú)因次速度分布為：速度分布為：yr1.52(1)m射流各截面上速度分布的相似性射流各截面上速度分布的相似性1.5 21 () myrm關(guān)鍵問(wèn)題關(guān)鍵問(wèn)題4： 紊流射流的紊流射流的運(yùn)動(dòng)特征運(yùn)動(dòng)特征關(guān)鍵問(wèn)題關(guān)鍵問(wèn)題5： 紊流射流的紊流射流的動(dòng)力特征動(dòng)力特征+ymrr0-yxsx1221ryyy0 x射流計(jì)算式的推證dyy220000qr 圓斷面射流為例應(yīng)用動(dòng)量守恒