氣體射流(第一次修改)課件

1、工程流體力學(xué)北方民族大學(xué)化工學(xué)院任課教師：康亞明窮究于理，成就與工2011年5月27日內(nèi)容回顧核心問(wèn)題1： 管路的串聯(lián)與并聯(lián)一、串聯(lián)管路1.各管段的流量相等2.總損失等于各段管道中損失之和串聯(lián)管路的兩類計(jì)算問(wèn)題ABH21（1）已知串聯(lián)管道的流量Q，求總水頭H ；（2）已知總水頭H，求串聯(lián)管道的流量Q 。知道電流求電阻知道電阻求電流- 并聯(lián)管路流量分配規(guī)律兩類計(jì)算問(wèn)題AQQ1 d1 hl1Q2 d2 hl2Q3 d3 hl3BQ（1）已知A點(diǎn)和B點(diǎn)的靜水頭線高度（即測(cè)壓管水頭z+p/)， 求總流量Q；（2）已知總流量Q，求各分管道中的流量及能量損失。1. 現(xiàn)象：核心問(wèn)題2、有壓管中的水擊問(wèn)題 能

2、量守恒觀點(diǎn)：能量消耗的過(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 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)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。2. 產(chǎn)生原因產(chǎn)生噪聲產(chǎn)生振動(dòng)（劇烈）破壞閥門管道斷裂泄漏管道爆裂水泵受損壓力表彈性元件塑性變形3. 危害：4. 消除和防止措施方法原理（1）延長(zhǎng)閥門的啟、閉時(shí)間盡量減短管道長(zhǎng)度避免發(fā)生直接水擊（2）加大管徑，限制流速降低pmax（3）在管道中的閥門前安裝溢流閥（液體安全閥）或調(diào)壓塔排放超出安全許用的壓強(qiáng)脈沖（4）在管道中的閥門前安裝蓄壓器，貯氣

3、罐等，或在低壓管中接一橡膠管段。吸收水擊能量加大管系的彈性，降低a值，使pmax下降。消除和防止措施第六章 氣體射流知識(shí)要點(diǎn)6-1 無(wú)限空間淹沒紊流射流的特征6-2 圓斷面射流的運(yùn)動(dòng)分析6-3 平面射流6-4 溫差或濃差射流1、射流的基本結(jié)構(gòu)2、紊流射流的三個(gè)基本特征3、圓斷面射流的速度、流量等沿射程的 變化規(guī)律 空調(diào)通風(fēng)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(jì)；工程燃燒及旋流送風(fēng)，污水經(jīng)排污口出流后對(duì)水體的污染和處理，煙塵和廢氣的擴(kuò)散和對(duì)環(huán)境的污染，高速射流在水力采礦和巖土破碎中的應(yīng)用和在冶煉工藝中的應(yīng)用等。射流的應(yīng)用是十分廣泛。射流的應(yīng)用射流的應(yīng)用射流泵一、射流泵的工作原理噴漿

4、二、射流泵的分類三、射流流動(dòng)結(jié)構(gòu)引言射流與孔口管嘴出流的研究對(duì)象不同。前者討論的是出流后的流速場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)。后者僅討論出口斷面的流速和流量。氣體自孔口、管嘴或條縫向外噴射所形成的流動(dòng)，稱為氣體淹沒射流。出流到無(wú)限大空間中，流動(dòng)不受固體邊壁的限制，為無(wú)限空間射流，又稱自由射流。反之，為有限空間射流，又稱受限射流。氣流自半徑為R的圓斷面噴嘴噴出，出口斷面上的速度認(rèn)為均勻分布。紊流的橫向脈動(dòng)造成射流與周圍介質(zhì)之間不斷發(fā)生質(zhì)量、動(dòng)量交換，形成向周圍擴(kuò)散的錐體狀流動(dòng)場(chǎng)。6-1 無(wú)限空間淹沒紊流射流的特征特征?紊流射流的三大特征1、幾何特征射流核心邊界層過(guò)渡斷面（轉(zhuǎn)折斷面）起始段及主體段擴(kuò)散角（極角

5、）紊流系數(shù)紊流系數(shù)與出口斷面上紊流強(qiáng)度有關(guān)，也與出口斷面上速度分布的均勻性有關(guān)。射流結(jié)構(gòu)噴嘴種類帶有收縮口的噴嘴0.0660.071圓柱形管0.0760.08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0.120.20紊流系數(shù)平面壁上銳緣狹縫具有導(dǎo)葉且加工磨圓邊口的風(fēng)道上縱向縫收縮極好的平面噴口紊流系數(shù) 從表中數(shù)值可知,噴嘴上裝置不同形式的風(fēng)板柵欄,則出口截面上氣流的擾動(dòng)紊亂程度不同,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。0.240.1080.118噴嘴種類帶金屬網(wǎng)格的軸流風(fēng)機(jī)0.155由可知： a值確定，射流邊界層的外邊界線也就確定，射流即按一定的擴(kuò)散角向前作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，這

6、就是它的幾何特征。應(yīng)用這一特征，對(duì)圓斷面射流可求出射流半徑沿射程的變化規(guī)律又以直徑表示:射流半徑沿程的線形增長(zhǎng)性紊流射流的三大特征2、運(yùn)動(dòng)特征軸心速度最大，從軸心向邊界層邊緣，速度逐漸減小至零。距噴嘴距離越遠(yuǎn)邊界層厚度越大，而軸心速度則越小，也就是速度分布曲線不斷地扁平化了。各參數(shù)定義核心速度軸心速度 用半經(jīng)驗(yàn)公式表示射流各橫截面上的無(wú)因次速度分布為：射流各截面上速度分布的相似性紊流射流的三大特征3、動(dòng)力特征動(dòng)力特征實(shí)驗(yàn)證明：射流中任意點(diǎn)上的靜壓強(qiáng)均等于周圍氣體的壓強(qiáng)。因各面上所受靜壓強(qiáng)均相等，則x軸向外力之和為零。據(jù)動(dòng)量方程可知，各橫截面上動(dòng)量相等動(dòng)量守恒，這就是射流的動(dòng)力學(xué)特征。 圓斷面射

7、流為例應(yīng)用動(dòng)量守恒原理截面上動(dòng)量流量為： 任意橫截面上的動(dòng)量流量則需積分：動(dòng)量守恒式：射流各截面的動(dòng)量守恒性用 除兩端：6-2 圓斷面射流的運(yùn)動(dòng)分析一、軸心速度 vm應(yīng)用半經(jīng)驗(yàn)公式代入：n11.522.53Bn0.09850.0640.04640.03590.0286Cn0.38450.30650.25850.22560.2015Bn和Cn值再將射流半徑R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 成反比的的規(guī)律。二、斷面流量Q三、斷面平均流速 斷面平均流速僅為軸心流速的 20 。四、質(zhì)量平均流速動(dòng)量守恒 質(zhì)量平均流速為軸心流速的 47。因此用 代表使用區(qū)的流速要比 更合適些。但必須注意

8、， 、 ：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。矩形噴嘴運(yùn)動(dòng)參數(shù) 以上分析出圓斷面射流主體段內(nèi)運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律，這些規(guī)律亦適用于矩形噴嘴。但要將矩形換算成為流速當(dāng)量直徑代人進(jìn)行計(jì)算。換算公式按第四章所述。五、起始段核心長(zhǎng)度 Sn及核心收縮角段名參數(shù)名稱符號(hào)圓斷面射流平面射流擴(kuò)散角 射流直徑或半高度主體段Db射流參數(shù)的計(jì)算段名參數(shù)名稱符號(hào)圓斷面射流平面射流主體段軸心速度流量Q斷面平均流速質(zhì)量平均流速段名參數(shù)名稱符號(hào)圓斷面射流平面射流起始段流量斷面平均流速質(zhì)量平均流速段名參數(shù)名稱符號(hào)圓斷面射流平面射流起始段核心長(zhǎng)度噴嘴至極點(diǎn)距離收縮角例6-1：用軸流風(fēng)機(jī)水平送風(fēng)，風(fēng)機(jī)直徑為d0=

9、600mm，出口風(fēng)速10m/s，求距出口10米處的軸心速度和風(fēng)量。解：首先應(yīng)判斷該截面是處于起始段還是主體段。噴嘴種類帶有收縮口的噴嘴0.0660.071圓柱形管0.0760.08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0.120.20紊流系數(shù)例6-2：已知空氣淋浴地帶要求射流半徑為1.2m，質(zhì)量平均流速v2為3m/s，圓形噴嘴直徑為0.3m，求：1、噴口至工作地帶的距離；2、噴嘴流量。噴嘴種類帶有收縮口的噴嘴0.0660.071圓柱形管0.0760.08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0.120.20紊流系數(shù)已知射流直徑D, v2,d0,a,求S和Q0【例題6.3】圓射流以Q0=

10、0.55m3/s，從d0=0.3m管嘴流出。試求2.1m處射流半寬度R、軸心速度 、斷面平均速度 、質(zhì)量平均速度 ，并進(jìn)行比較。【解】查表得 = 0.08。 先求核心長(zhǎng)度 ，所求截面在主體段內(nèi) 。從而由主體段計(jì)算公式得分析：由計(jì)算可知主體段內(nèi)的軸心速度 小于核心速度 ；比較 、 可以看出,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。要點(diǎn)總結(jié)關(guān)鍵問(wèn)題1： 射流的分類當(dāng)出口速度較大，流動(dòng)呈紊流狀態(tài)時(shí)，叫做紊流射流。在空調(diào)通風(fēng)工程上所應(yīng)用的射流，多為氣體紊流射流。射流主要研究的是出流后的流速場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)。射流分無(wú)限空間射流（自由射流）和有限空間射流（受限射流）。射流核心邊界層過(guò)渡斷面

11、（轉(zhuǎn)折斷面）起始段及主體段擴(kuò)散角（極角）射流結(jié)構(gòu)關(guān)鍵問(wèn)題2： 射流的結(jié)構(gòu) a值確定，射流邊界層的外邊界線也就確定，射流即按一定的擴(kuò)散角向前作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，這就是它的幾何特征。應(yīng)用這一特征，對(duì)圓斷面射流可求出射流半徑沿射程的變化規(guī)律關(guān)鍵問(wèn)題3： 紊流射流的幾何特征又以直徑表示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)因次速度分布為：射流各截面上速度分布的相似性關(guān)鍵問(wèn)題4： 紊流射流的運(yùn)動(dòng)特征實(shí)驗(yàn)證明：射流中任意點(diǎn)上的靜壓強(qiáng)均等于周圍氣體的壓強(qiáng)。因各面上所受靜壓強(qiáng)均相等，則x軸向外力之和為零。據(jù)動(dòng)量方程可知，各橫截面上動(dòng)量相等動(dòng)量守恒，這就是射流的動(dòng)力學(xué)特征。關(guān)鍵問(wèn)題5： 紊流射流的動(dòng)力特征 圓斷面射流為例應(yīng)用動(dòng)