第六章孔口管嘴出流與氣體射流newxinde

1、工程流體力學(xué)基礎(chǔ)工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流第六章孔口、管嘴出流與氣體射流工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流本章應(yīng)用流體力學(xué)基本原理(連續(xù)性方程，伯努利方程等),結(jié)合具體流動條件，研究流體經(jīng)孔口、管嘴及氣體射流。第一節(jié)孔口自由出流1、孔口、管嘴分類（1）按結(jié)構(gòu)形式分類dd21薄壁孔口d4d3厚壁孔口dL管嘴L=(34)d工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流1）薄壁孔口：由于壁較薄，出流流股與孔口壁接觸僅是一條周線，其厚度對流動不產(chǎn)生顯著影響。2）厚壁孔口或管嘴：出流流股先收縮后擴(kuò)張，與孔口壁接觸形成面而不是線。（2）按出流方式分：自由出流：液體自孔口出流

2、到大氣中。淹沒出流：液體自孔口出流到另一個充滿液體的空間。2、薄壁孔口自由出流如圖，容器中液體從四面八方流向孔口，由于質(zhì)點(diǎn)慣性，當(dāng)繞過孔口邊緣時，流線不能成直角突工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流然地改變方向，而只能以曲線繼續(xù)彎曲且向中心收縮，到達(dá)某一距離（大約處），斷面（C-C斷面）收縮到達(dá)最小。1）00為基準(zhǔn)線，列A-A與C-C兩斷面的伯努利方程：AAH00CCd21eCCCCAAAAhgVpZgVpZ2222gVhhhhCmmfe221gVppZZgV)(AACACACC22221 d/2工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流討論：1) H0作用水頭：包括了兩斷面的位

3、差，壓差以及上游來流速度頭。一部份克服出口處局部阻力而損失掉，另一部份變成C-C斷面的動能。2）對于孔口自由出流，gVpp)Z(ZHAACACA220令0121gHVCC則aCACAppp;HZZ0ppCA0AV（自由液面速度可忽略不計）AAH00CC工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流3）計算流量：HZZHCA0gHVCC211孔口出流收縮斷面速度計算式孔口出流收縮斷面速度計算式11C令流速系數(shù)流速系數(shù)gHVC2則CCCAgHAVQ02AAC（：收縮系數(shù)，：收縮系數(shù)，A A：孔口面積：孔口面積）AgHQ02AAH00CC工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流從以上可知，與及

4、有關(guān)，但接近于1，所以主要受收縮系數(shù)的影響。另02gHAQ 640620980970.,.一般62060970640970620.流量系數(shù)流量系數(shù)4) 影響孔口收縮的因素 孔口形狀 孔口位置 孔口邊緣工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流第二節(jié)孔口淹沒出流以孔口中心線為基準(zhǔn)，取1-1及2-2兩列能量方程：ehgVpHgVpH22222222111111H1CC22H1mmfehhhhgVgVhCCm222221而1液體流經(jīng)孔口處的局部阻力系數(shù)2液體在收縮斷面后突然擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流討論：1）對突然擴(kuò)大2）計算流量，gVVppHHgV)(C2

5、2222211212121gVVppHHH222221121210令0021221gHgHVC11221212)AA-()A(A111AgHAVAVQCCC02 02gHAQ 令11H1CC22H1工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流 a21ppp3）若，且忽略上下游液面的速度頭HHHH210則gHAQ2( (與自由出流公式完全相同與自由出流公式完全相同) )1. 1. 自由出流時，水頭自由出流時，水頭H H值系水面至孔口形心的深度；值系水面至孔口形心的深度；2. 2. 淹沒出流時，水頭淹沒出流時，水頭H H值系孔口上、下游水面高差。流速、流量與孔口值系孔口上、下游水面高差。流速、流

6、量與孔口在水面下的深度無關(guān)。在水面下的深度無關(guān)。qV1qV2qV1 BOE)t出口t環(huán)境，熱射流t出口t環(huán)境，冷射流C核心邊界層主體段起始段AMBGEDFOSxx0OH工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流（2）紊流系數(shù)a、極角及幾何特征1）極點(diǎn)M點(diǎn)，極角 紊流系數(shù)a 與兩因素有關(guān) 紊流強(qiáng)度紊流強(qiáng)度 射流斷面速度分布均勻性射流斷面速度分布均勻性AMD)21(形狀系數(shù)圓斷面射流3.4條縫射流2.24k試驗(yàn)系數(shù)akxkxOMBOtg（6-16-1）(BO:射流半徑,與距離X成正比)核心邊界層主體段起始段AMBCGEDFOSxx0OH工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流工程流體力學(xué)

7、基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流MHMGAHCGMCGMAH相似與0.294)r as3.4(r s3.4a1tgrs1xs1xsxr R0000000(6-2)(6-2)0.147d as6.8d D00以直徑表示(6-2a)(6-2a)x3.4a)sx3.4a(rxrsrxr R0000000以無量綱量表示(6-3)(6-3)AMBCGEDFOSxx0OH則2）幾何特征工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流3、運(yùn)動特征（1）主體段作了5個斷面實(shí)驗(yàn)：1）無論何斷面，軸心速度最大， 邊界層速度最小。2）距噴嘴越遠(yuǎn)，軸心速度越小。3）距噴嘴越遠(yuǎn)，邊界層厚度越大。00R s2.241R

8、Ra條縫射流(6-4)(6-4)0.8xb.0.6xa.,1.2xd.1.0 xc.,1.4xe.O60O12345x=0.6x=0.8x=1.0 x=1.2x=1.4y0.5Vmy400.350.151221工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流（2）無量綱表示 不同位置橫斷面速度分布不一樣，但如果縱坐標(biāo) 5種情況全部重合射流速度分布都具有相似性，經(jīng)過很多學(xué)者實(shí)驗(yàn)、分析:mVV截面上任一點(diǎn)速度截面軸心速度橫坐標(biāo)截面上任一點(diǎn)至軸心距離速度為軸心速度一半點(diǎn)至軸心距離.m0.5Vyy21.5mRy1V V無量綱速度分布(6-5)(6-5)OO1

9、2345y0.5Vmy1221工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流主體段：y：橫截面任意點(diǎn)至軸心距離；R：射流半徑；V：y點(diǎn)速度；Vm：軸心速度。起始段（考慮邊界層）：y：橫截面任意點(diǎn)至核心邊界；R：邊界層厚度；V： y點(diǎn)速度；Vm：核心速度V0。21.5mRy1V V21.5mRy1V VRyVVmRyVV0+y工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流4、動力特征實(shí)驗(yàn)及理論均證明： 射流中任一點(diǎn)靜壓強(qiáng)都等于周圍壓強(qiáng)。 取1122控制體，在x方向靜壓強(qiáng)均相等： 根據(jù)動量定理： 任意面動量-入口動量=00F)(xy0020R0VVrV2ydyVydy2VVrR022020(6-6

10、)(6-6)O60O12345x=0.6x=0.8x=1.0 x=1.2x=1.4y0.5Vmy400.350.151221工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流第二節(jié)圓斷面射流的運(yùn)動分析 關(guān)心沿射程不同s處，速度，流量（溫度）速度，流量（溫度）變化，以上推出的公式V與Vm都未知，故不能求出。1、軸心速度Vm 2m2VR同除RydRyV V2VVRr102m2m020則ydy2VVrR022020由（6-6）工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流21.5mRy1V VRy由（6-5）且d)(121021.52V VRr2m020代入右式積分：0.04642VVRr2m020Rr

11、3.28VVrR0.3046V V00m0m0將（6-3）代入xa96. 0147. 0das48. 0VV00m（6-76-7）工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流2、斷面流量2ydyVdQ R0yVdy2Qydy則無量綱流量020R00VryVdy2Q Q)r y)d(r y( )V V(200R00000mm0r RRyr yVVV VV V又：)Ryd()r R()Ry)(VV)(V V(2Q Q20100mm0代入10m200m)Ry)d(Ry)(V V()r R)(VV2(將(6-5)，(6-7)代入無量綱軸心速度與無量綱距離成反比無量綱軸心速度與無量綱距離成反比由于射流

12、的卷吸和摻混，斷面沿流向增大工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流3、斷面平均速度則斷面無量綱平均速度xa2 . 2)147. 0 das(4 . 4 QQ00（6-86-8）0001AQVAQV,而(出口斷面平均速度)2000001)Rr(Q QAQQAVV將（6-8）,6-2）代入xa19. 0147. 0das095. 0VV001（6-96-9）無量綱流量沿?zé)o量綱距離線性增加無量綱流量沿?zé)o量綱距離線性增加工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流一般通風(fēng)空調(diào)常使用軸心附近速度較高的區(qū)域，常以速度較高區(qū)域作為設(shè)計依據(jù)。4、質(zhì)量平均速度V2V2質(zhì)量=動量， 動量根據(jù)動量守恒(各

13、斷面動量相等)：比較（6-7），（6-9）x0.19VV,x0.96VV010maam10.2VV ，只有五分之一軸心速度QV2002QVQVxa455. 0147. 0das23. 0QQVV0002（6-106-10）工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流比較以上公式,對主體段有主體段有 5 5、起始段核心長度及核心收縮角、起始段核心長度及核心收縮角由（6-7）當(dāng) 時，m20.47VV r0sn0mVV nss0.294ras0.965VV0n00代入a49. 1srtgn0核心收縮角（6-11a6-11a）ar671. 0s0n（6-116-11）起始段核心長xaVVVVm/:.

14、:.:.:1190045509660012=工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流6、起始段流量：Qs1.49rstgrr00a00r s1.491r ra核心內(nèi)無量綱流量2000)ras(22. 2ras98. 21QQ2020020020)rs1.49(1)rr(VrVrQQa（6-12a6-12a）邊界層無量綱流量r0rsr0ryR邊界層厚度y)r+=( Vrd2V=QQ020rR+r0 工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流Q r0r則整個截面上流量2000)ras(32. 1ras76. 01QQQ （6-126-12）7、起始段面平均速度 22000001R)(rr

15、QQQFQF)QQ(V V積分2000)ras(90. 0ras74. 3QQ (6-12b)(6-12b)Q0Q工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流20020001)ras(56.11ras8 .01)ras(32. 1ras76.01VV（6-136-13）8、質(zhì)量平均速度：V2002QV)VQQ( QQ QVV002 200002) ras(32. 1 ras76. 011QQQVV （6-146-14）工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流例6-1 一體育館用帶有導(dǎo)風(fēng)板的軸流風(fēng)機(jī)向水平方向送風(fēng)，風(fēng)口 ，出風(fēng)口 ，求距風(fēng)口10m處軸心速度和風(fēng)量。解：由表6-1，a=0.12由公式（6-7）0.6md0sm10V00.2250.1470.6100.120.481.47ds0.48VV00masm2.250.225VV0m9.30.147)ds4.4(Q Q00a（6-8）工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第六章孔口、管嘴出流與氣體射流例6-2 已知空氣淋浴區(qū)要求射流半徑 ，質(zhì)量平均流速 ，圓嘴 ， ，求：