第六章--气体射流ppt课件

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1、第六章第六章 气体射流气体射流内容：内容：介绍气体射流的基本概念、基本规律及其在工介绍气体射流的基本概念、基本规律及其在工程中的应用。程中的应用。要点：要点：无限空间淹没紊流射流的特征、圆断面和平面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。流中温差和浓差的沿程变化规律。第六章 气体射流内容：介绍气体射流的基本概念、基本规律及基本概念基本概念 气体射流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。淹没射流

2、。紊流射流紊流射流-当出口速度较大，流动呈紊流状态时的射流。当出口速度较大，流动呈紊流状态时的射流。研究对象研究对象-出流后的速度场、温度场和浓度场。出流后的速度场、温度场和浓度场。分类分类-根据出流空间的大小分为无限空间射流；受限射流。根据出流空间的大小分为无限空间射流；受限射流。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6.1 无限空间淹没紊流射流的特征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、流量的横断面沿的质量、流量的横

3、断面沿x x 方向不断增加。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以无限空间中圆断面紊流射流为例讨论射流运动 x u0 r0 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x u0 起始段起始段主体段主体段r0 o6.1.1 过渡断面、起始段及主体段过渡断面、起始段及主体段过渡断面过渡断面核心区消失的断面核心区消失的断面起始段起始段出口断面至过渡断面之间的部分出口断面至过渡断面之间的部分主体段主体段过渡断面之后的部分过渡断面之后的部分射流核心射流核心速度为速度为 u0 的部分的部分u0 u0 边界层边界层速度小于速度小于 u0 的部分的部分边界层边界层射流核心射

4、流核心 A D O 过渡断面过渡断面B E x u0 起始段主体段r0 6.1.1 过渡断面、起始段及主x u0 M A D B E C F O r0 o6.1.2 紊流系数紊流系数a及几何特征及几何特征u=0 u=0 极点极点 射流外边界线的交点射流外边界线的交点极角极角 射流外边界限夹角的一半，也称扩散角射流外边界限夹角的一半，也称扩散角射流截面半径射流截面半径 R 与该断面至极点的距离与该断面至极点的距离 x 成正比成正比对于圆断面对于圆断面K=3.4a根据几何关系根据几何关系紊流系数紊流系数 a 表征射流结构的特征系数，与紊流度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和出

5、口速度的均匀性有关a 越大，射流的紊动越剧烈越大，射流的紊动越剧烈,被带动的周围介质越多被带动的周围介质越多,速度衰减越快速度衰减越快.x R x u0 M A D B E C F O r0 6.1.紊流系数紊流系数喷嘴种类喷嘴种类 a 2带有收缩口的喷嘴带有收缩口的喷嘴0.066 25o20圆柱形管圆柱形管 0.08 29o00带有导板的轴流式风机带有导板的轴流式风机 0.12 44o30带有导板的直角弯管带有导板的直角弯管 0.20 68o30带有金属网的轴流式风机带有金属网的轴流式风机 0.24 78o40收缩极好的平面喷口收缩极好的平面喷口 0.108 29o30平面壁上锐缘狭缝平面壁

6、上锐缘狭缝 0.118 32o10具有导叶磨圆边口的风道纵向缝具有导叶磨圆边口的风道纵向缝 0.155 41o20喷嘴上装置不同型式的嘴上装置不同型式的风板板栅栏，则出口截面上气流的出口截面上气流的扰动紊乱程度不同，紊乱程度不同，因而紊流系数因而紊流系数 a 不同。不同。扰动大的紊流系数大的紊流系数 a 值增大，增大，扩散角散角 也增大。也增大。紊流系数喷嘴种类 a 2带有收缩口的喷嘴x u0 M A D B E C F R O x0 s x r0 射流半径的沿程变化规律射流半径的沿程变化规律或或 圆断面射流半径沿射程的变化规律圆断面射流半径沿射程的变化规律s 为出口至任意截面距离为出口至任意

7、截面距离r0 为出口半径为出口半径d0 为出口直径为出口直径D 为射流任意截面直径为射流任意截面直径x 为极点至任意截面距离为极点至任意截面距离为极点至任意截面无因次距离为极点至任意截面无因次距离x u0 M A D B E C F R O x0 s 运动特征运动特征半经验无因次速度分布为半经验无因次速度分布为y 为截面上任意点到轴心的距离为截面上任意点到轴心的距离R 为该截面的射流半径为该截面的射流半径v 为为 y 点的速度点的速度对于主体段对于主体段vm 为该截面的轴心速度为该截面的轴心速度x r0+y R y v vm R y v vm=v0 y 为截面上任意点到核心边界的距离为截面上任

8、意点到核心边界的距离R 为该截面的边界层厚度为该截面的边界层厚度v 为为 y 点的速度点的速度对于起始段对于起始段vm 为核心速度为核心速度v0射流各截面的速度分布具有相似性射流各截面的速度分布具有相似性 运动特征半经验无因次速度分布为y 为截面上任意点到轴心的 动力特征动力特征射流各截面沿轴向动量守恒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：轴向合外力为零对于任意射流流段列动量方程：轴向合外力为零动量守恒动量守恒任意截面动量任意截面动量 动力特征射流各截面沿轴向动量守恒根据实

9、验：射流内任意点6.2 圆断面射流的运动分析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。射程的变化规律。6.2.1 轴心速度轴心速度vm代入无因次速度分布代入无因次速度分布代入几何特征，得无因次轴心速度代入几何特征，得无因次轴心速度方程两端同除方程两端同除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 6.2.2断面流量断面流量 QV无因次流量无因次流量利用积分表利用积分表 6-2，代入轴心速度与几何特征，代入轴心速度与几何特征 6.2.2断面流量 QV无因次流量利用积分表 6-2，6.2.3

10、断面平均流速断面平均流速 v1代入几何特征代入几何特征 6.2.3断面平均流速 v1代入几何特征 6.2.4质量平均流速质量平均流速 v2定义定义 v2 为质量平均流速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出口断面与任意截面动量恒等带入几何特征带入几何特征 6.2.4质量平均流速 v2定义 v2 为质量平均流速由6-1 用轴流风机水平送风。已知风机直径用轴流风机水平送风。已知风机直径 d0=600mm，出口，出口解:根据断面流量公式风速风速 v0=10m/s，求距出口，求距出口 s=10m处的轴心速度

11、和风量。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6-1 用轴流风机水平送风。已知风机直径 d0=600m 6.2.5起始段核心长度起始段核心长度 sn 及核心收缩角及核心收缩角 v0 起始段起始段sn r0 令令 vm=v0 s=sn根据轴心速度公式根据轴心速度公式核心收缩角核心收缩角 6.2.5起始段核心长度 sn 及核心收缩角 v0 起 6.2.6起始段流量起始段流量边界层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核心无因次流量起始段总流量起始段总流量 6.2.6起始段流量边界层流量将起始

12、段流量分为核心流量和 6.2.7 起始段断面平均流速起始段断面平均流速无因次断面平均流速无因次断面平均流速 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起始段质量平均流速出口断面与任意截面动量恒等出口断面与任意截面动量恒等无因次质量平均流速无因次质量平均流速 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6-2已知空气淋浴地带要求射流半径已知空气淋浴地带要求射流半径 R=1.2m，质量平均流速，质量平均流速 v2=3 m/s，圆，圆形喷嘴直径形喷嘴直径 d0=0.3m。求（。求（1）喷嘴至工作地带的距离）喷嘴至工作地带的距离 s；（；（2）喷嘴流量

13、。）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。6-2已知空气淋浴地带要求射流半径 R=1.2m，质量平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6.3 平面射流平面射流b0b2b0b0 称为半高度称为半高度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

14、为平面射流可视为平面运动，故可称为平面射流6.3 平面射流b0b2b0b0 称为半高度气体从狭长缝隙中6.4 温差或浓差温差或浓差射流射流温差（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本身温度（浓度）与周围有差异的射流温度外边界层温度外边界层射流内边界层射流内边界层射流外边界层射流外边界层温度内边界层温度内边界层6.4 温差或浓差射流温差（浓差）射流本身温度（浓度）与周为简化，忽略温度（浓度）与射流速度边界的差为简化，忽略温度（浓度）与射流速度边界的差对于温差射流对于温差射流出口截面与外界温差出口截面与外界温差轴心与外界温差轴心与外界温差截面上某点与外界温差截面上某点与外界

15、温差对于浓差射流对于浓差射流出口截面与外界浓差出口截面与外界浓差轴心与外界浓差轴心与外界浓差截面上某点与外界浓差截面上某点与外界浓差实验得出实验得出为简化，忽略温度（浓度）与射流速度边界的差对于温差射流出口截 6.4.1 轴心温差轴心温差查积分表查积分表6-2，并考虑几何特征与主体段相对速度，并考虑几何特征与主体段相对速度热力特征热力特征等压条件下，射流各截面的相对焓值不变等压条件下，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出口断面与任意截面单位时间的相对焓值相等用用除以上式两端除以上式两端 6.4.1 轴心温差查积分表6-2，并考虑几何特征与主体 6.4.2 质量平均

16、温差质量平均温差定义定义 T2 为质量平均温差为质量平均温差出口断面与任意截面相对焓值相等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起始段质量平均温差 6.4.2 质量平均温差定义 T2 为质量平均温差出口 6.4.4 射流弯曲射流弯曲温差（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，或上或下射流偏离原轴线，或上或下受力分析受力分析A点单位体积射流所受重力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点单位

17、体积射流所受浮力Axy 6.4.4 射流弯曲温差（浓差）射流密度与周围气体不同导若射流轴心若射流轴心 A 偏离了偏离了 yA点的加速度可表示为点的加速度可表示为或者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根据等压过程的状态方程、轴心速度变化和温差变化规律AxyyyA经实验修正经实验修正x=scos若射流轴心 A 偏离了 yA点的加速度可表示为或者根据等压在图中，射流轨迹在图中，射流轨迹 y 可表示为可表示为其无因次式为其无因次式为将前式代入将前式代入AxyyyA称为阿基米德数称为阿基米德数x对于平面射流对于平面射流在图中，射流轨迹 y 可表示为其无因次式为将前式代入Axy6-3

18、工作地点面质量平均风速工作地点面质量平均风速 v2=3 m/s工作面直径工作面直径 D=2.5m，送风温，送风温度度 15oC，周围空气温度，周围空气温度 30oC，要求将工作地质量平均风速降至，要求将工作地质量平均风速降至25oC，采用轴流风机送风。求（，采用轴流风机送风。求（1）风口的直径及风速；（）风口的直径及风速；（2）风口到工）风口到工作面的距离；（作面的距离；（3）射流在工作面的下降值。）射流在工作面的下降值。解：解：查表表 6-1，紊流系数，紊流系数 a=0.12（1）根据）根据质量平均温差量平均温差将上式将上式带入几何特征入几何特征再根据质量平均流速再根据质量平均流速6-3 工

19、作地点面质量平均风速 v2=3 m/s工作面直径（2）风口到工作面的距离可从口到工作面的距离可从中解得中解得（3 3）射流在工作面的下降值）射流在工作面的下降值ys=2.41x（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：解：查表表 6-1，紊流系数，紊流系数 a=0.118根据平面射流无因次根据平面射流无因次轨迹方程迹方程式中式中6-3 室外空气由外墙上离地面室外空气由外墙上离地面 7m 处的狭缝孔口送入。已知孔口长处的狭缝孔口送入。已知孔口长12m、高、高0.35m，室内外空气温度分别为室内外空气温度分别为 20oC 和和-10oC，射流初，射流初速度为速度为 2 m/s

20、，求室内地面温度。，求室内地面温度。解：查表 6-1，紊流系数 a=0.118根据平面射流无因代入上式代入上式再根据再根据轴心温差公式（表心温差公式（表6-4）解得解得解得解得代入上式再根据轴心温差公式（表6-4）解得解得6.6 有限空间射流有限空间射流 6.2.1 射流结构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贴附现象喷嘴高度与房高的比值大于喷嘴高度与房高的比值大于0.7时射流的附顶现象时射流的附顶现象贴附射流可看成是完整射流的一半，规

21、律相同贴附射流可看成是完整射流的一半，规律相同6.6 有限空间射流 6.2.1 射流结构射流半径及流量增 6.2.2 动力特征动力特征 6.2.3 半经验计算公式半经验计算公式各截面动量不守恒各截面动量不守恒F 为垂直于射流的房间横截面积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为射流截面到极点的无因次距离回流平均速度回流平均速度最大回流速度最大回流速度 6.2.2 动力特征 6.2.3 半经验计算公式各截面设计射流作用长度设计射流作用长度射流总长度与末端涡流区射流总长度与末端涡流区设计回流平均速度设计回流平均速度房间长度大于房间长度大于 L4 时，出现末端涡流区时，出现末端涡流区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第六章-气体射流ppt课件第第 6 章章 小结小结 无限空间淹没紊流射流的特征：几何、运动、动力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圆断面射流的运动分析平面射流平面射流浓差或温差射流浓差或温差射流有限空间射流有限空间射流第 6 章 小结 边界层边界层射流核心射流核心 x u0 过渡断面过渡断面起始段起始段主体段主体段M A D B E C F R O x0 sn s x r0 边界层射流核心 x u0 过渡断面起始段主体段M A D B