流體力學(xué)第六章氣體流射介紹

1、流體力學(xué)第六章氣體流射介紹窮究于理，成就與工內(nèi)容回顧核心問(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（轉(zhuǎn)折斷面）起始段及主體段擴(kuò)散角（極角）射流結(jié)構(gòu)核心問(wèn)題2： 射流的結(jié)構(gòu)包絡(luò)圖核心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)律核心問(wèn)題3： 紊流射流的幾何特征射流半徑沿程的線形增長(zhǎng)性又以直徑

2、表示 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核心問(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。核心問(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)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)量守恒性第六章 氣體射流知識(shí)要點(diǎn)6-1 無(wú)限空間淹沒(méi)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6-5* 旋轉(zhuǎn)射流6-6 有限空間射流1

3、、平面射流的幾何特征與運(yùn)動(dòng)特征2、溫差或濃差射流的運(yùn)動(dòng)特征3、旋轉(zhuǎn)射流的運(yùn)動(dòng)特征 6-3 平面射流氣體從狹長(zhǎng)縫隙中外射運(yùn)動(dòng)時(shí),射流只能在垂直條縫長(zhǎng)度的平面上擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),如果條縫相當(dāng)長(zhǎng)，這種流動(dòng)可視為平面運(yùn)動(dòng), 故稱為平面射流。平面射流噴口高度以2b0表示，tg=2.44a, 其他幾何、運(yùn)動(dòng)動(dòng)力特征完全與圓斷面射流相似。和圓斷面射流相比，流量沿程的增加，流速沿程的衰減都要慢些，這是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散被限定在垂直于條縫長(zhǎng)度的平面上的緣故。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)

4、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6-4 溫差或濃差射流射流本身的溫度或濃度與周圍氣體的溫度、濃度有差異。溫差、濃差射流分析，主要是研究射流溫差、濃差分布場(chǎng)的規(guī)律，同時(shí)討論由溫差、濃差引起的射流彎曲的軸心軌跡。 在實(shí)際應(yīng)用中,為簡(jiǎn)化起見(jiàn),可以認(rèn)為:溫度、濃度內(nèi)外的邊界與速度內(nèi)外的邊界相同。 熱量擴(kuò)散比動(dòng)量擴(kuò)散要快，溫度邊界層比速度邊界層發(fā)展要快要厚。濃度擴(kuò)散與溫度擴(kuò)散相似。實(shí)線：速度邊界層虛線：溫度邊界層試驗(yàn)得出：截面上溫度分布、濃度分布與速度分布關(guān)系如下：截面上任一點(diǎn)溫差軸心上溫差 與動(dòng)力特征類似，

5、熱力特征是：在等壓的情況下，以周圍氣體的焓值作為起算點(diǎn)，射流各橫截面上的相對(duì)焓值不變。軸心溫差：質(zhì)量平均溫差：該溫差乘Qc，便得出相對(duì)焓值。起始段質(zhì)量平均溫差：書(shū)上錯(cuò)了,改過(guò)來(lái)書(shū)上錯(cuò)了,改過(guò)來(lái)濃差溫差的射流計(jì)算見(jiàn)表6-4射流彎曲溫差射流或濃差射流由于密度與周圍密度不同,所受重力與浮力不相平衡,使整個(gè)射流將發(fā)生向下或向上彎曲,但整個(gè)射流仍可看作是對(duì)稱于軸心線。取軸心線上單位體積流體作為研究對(duì)象，只考慮受重力和浮力作用，推導(dǎo)軸心線彎曲軌跡公式。xyAAyxd射流軸線的彎曲A由氣體狀態(tài)方程式，在等壓狀態(tài)下，有：xyAAyxdAj:垂直向上的加速度將軸心溫差換成了軸心速度關(guān)系將 代入，積分，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)

6、據(jù)對(duì)比后得：記在表6-4上為阿基米德準(zhǔn)數(shù)用噴嘴直徑除之，得無(wú)因次軌跡方程為：對(duì)于平面射流：6.5 旋轉(zhuǎn)射流氣流通過(guò)具有旋流作用的噴嘴外射運(yùn)動(dòng)。氣流本身一面旋轉(zhuǎn)，一面向周圍介質(zhì)中擴(kuò)散前進(jìn)，稱為旋轉(zhuǎn)射流。一、基本特征旋轉(zhuǎn)是旋轉(zhuǎn)射流基本特征，旋轉(zhuǎn)使射流獲得向四周擴(kuò)散的離心力。和一般射流比較，擴(kuò)散角大，射程短，射流的紊動(dòng)性強(qiáng)。二、旋轉(zhuǎn)射流的流速分布旋轉(zhuǎn)射流的速度分解為三個(gè)分量：（1）沿射流前進(jìn)方向的軸向速度 （2）在橫截面上沿半徑方向的徑向速度 （3）在橫截面上做圓周運(yùn)動(dòng)的切向速度 三、旋轉(zhuǎn)射流壓強(qiáng)分布 旋流器出口的旋轉(zhuǎn)射流中心壓力低于大氣壓強(qiáng)的，隨著旋轉(zhuǎn)射流沿軸向前進(jìn)，靜壓強(qiáng)p越來(lái)越接近pa.旋轉(zhuǎn)射

7、流中心由于低于大氣壓強(qiáng)，具有強(qiáng)烈的卷吸能力。四、旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度 旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度表征旋轉(zhuǎn)射流的特性。其值越大，旋轉(zhuǎn)射流的旋轉(zhuǎn)越厲害，回流區(qū)越大，旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散角也越大，射程越短。6.5 有限空間射流射流結(jié)構(gòu)邊界橄欖狀有回流區(qū)流線呈閉合狀射流分三階段自由擴(kuò)張段有限擴(kuò)張段收縮段貼附射流送、回風(fēng)的形式與特點(diǎn)（一）上送送、回風(fēng)的形式與特點(diǎn)（一）上送送、回風(fēng)的形式與特點(diǎn)（一）上送送、回風(fēng)的形式與特點(diǎn)（一）上送送、回風(fēng)的形式與特點(diǎn)（一）上送送、回風(fēng)的形式與特點(diǎn)（二）中送射流的工業(yè)應(yīng)用超高壓清洗機(jī) ultra high pressure washing machine 石油化工行業(yè)石油開(kāi)采存儲(chǔ)行業(yè)海洋運(yùn)輸與船舶業(yè)橡膠行業(yè)冶金行

8、業(yè)管道行業(yè)汽車行業(yè)采礦行業(yè)民用建筑行業(yè)民用與軍用航空業(yè)電力工業(yè)與核電工業(yè)鐵路運(yùn)輸業(yè)釀造與食品加工業(yè)市政工程與高速公路行業(yè)超高壓清洗的應(yīng)用領(lǐng)域平臺(tái)上和儲(chǔ)罐上的石蠟、原油沉積物的清除，鋼管上的泥渣、油污及水泥渣等。石油開(kāi)采存儲(chǔ)行業(yè)推薦使用壓力：(7001400bar)原油儲(chǔ)罐清洗現(xiàn)場(chǎng)原油儲(chǔ)罐超高壓清洗設(shè)備 清除船體船塢，平臺(tái)上的儲(chǔ)存罐和鍋爐上的海洋生、植物、浮漆及銹，水下清除管道上和鉆井平臺(tái)上的貝殼類動(dòng)物和植物。海洋運(yùn)輸與船舶業(yè)推薦使用壓力：(500700bar)本產(chǎn)品適用于：清洗橡膠廠的熱交換器、反應(yīng)器、儲(chǔ)存罐、反應(yīng)釜及管道上的膠乳，丁晴橡膠和水垢。本設(shè)備具有體積小、壓力高、流量大、運(yùn)行平穩(wěn)安全

9、，配合專用清洗執(zhí)行附件使用，清洗效率高。此外設(shè)備可配有超壓保護(hù)、缺水保護(hù)、油溫過(guò)高保護(hù)、油位過(guò)低保護(hù)、電機(jī)過(guò)載保護(hù)、電源換向保護(hù)等基本保護(hù)措施。 橡膠行業(yè)的應(yīng)用推薦使用壓力：(7001400bar)清除換熱器、鍋爐、加料槽、儲(chǔ)倉(cāng)的污垢，軋輥清洗、軋材表面除鱗。熱交換器，煙爐，平爐，熔爐，料槽和料斗上的水垢、焦炭。礦石或石灰。冶金行業(yè)的應(yīng)用推薦使用壓力：(7001400bar)重工業(yè)用超高壓水清洗機(jī)再涂層前的除漆、除銹，清除管道連接頭密封膠水及化學(xué)物質(zhì)，除漆，除油，各種管道內(nèi)的淤泥及沉渣清除。管道工業(yè)的應(yīng)用推薦使用壓力：(7001400bar)清洗汽車制造行業(yè)及輸送機(jī)上的油漆及焊渣，噴漆室的噴臺(tái)

10、、地板格柵、排氣扇的排氣管、排水溝、油槽及油漆廢料坑。本設(shè)備具有體積小、重量輕、壓力高、流量大、運(yùn)行平穩(wěn)安全。配合專用清洗執(zhí)行附件使用，清洗效率高。此外，設(shè)備配有超壓保護(hù)、進(jìn)水口缺水保護(hù)、油溫過(guò)高保護(hù)、油位過(guò)低保護(hù)、電機(jī)過(guò)載保護(hù)、電源換向保護(hù)等基本保護(hù)措施。如客戶需要，還可提供遠(yuǎn)程操作臺(tái)配觸摸屏控制、電控調(diào)節(jié)壓 力和流量等操控裝置，以便于操作使用。汽車行業(yè)的應(yīng)用推薦使用壓力：(7001400bar)翻斗車，機(jī)械設(shè)備及地下運(yùn)輸線、轉(zhuǎn)輪等維修前的清洗；水切割、轉(zhuǎn)孔、漲裂、石材拼圖和礦井開(kāi)采降塵、清除瓦斯等。采礦工業(yè)推薦使用壓力：(500700bar)或（250350bar）+噴砂雙頭超高壓水清洗機(jī)

11、飛機(jī)跑道上的板塊連接帶、潤(rùn)滑油脂、液壓油跡和橡膠物；機(jī)身清洗；復(fù)合板切割等。民用與軍用航空業(yè)推薦使用壓力：(700bar)燃料艙機(jī)清除、熱交換器、預(yù)熱器管道的毛邊及各種工具和設(shè)備清洗電力工業(yè)和核電工業(yè)推薦使用壓力：(7001400bar)鐵路車輛除塵除油脂，發(fā)動(dòng)機(jī)積碳，鐵路油罐車內(nèi)部清洗等。鐵路運(yùn)輸業(yè)推薦使用壓力：(1801400bar)鐵路油罐車清洗示意圖鐵路罐車超高壓水清洗機(jī)瀝青分布機(jī)、攪拌機(jī)、瀝青及壓路機(jī)、攪拌卡車和養(yǎng)路機(jī)器上的瀝青水泥、膠合劑、油脂和臟物等。工程收尾清污。民用建筑業(yè)的應(yīng)用推薦使用壓力：(7001400bar)或（250bar+噴砂）清洗發(fā)酵罐、管道內(nèi)的發(fā)酵物和沉淀物及鍋

12、爐、管匯等清除桶釜、混合罐、輸送帶、蒸發(fā)器、換熱器上的油脂、污垢和殘?jiān)勗炫c食品加工業(yè)推薦使用壓力：(180250bar)重工業(yè)超高壓水清洗機(jī)高溫飽和蒸汽清洗機(jī)下水道疏通、公共衛(wèi)生設(shè)施和樓宇清洗，水處理廠的鈣碳垢層清除。修路設(shè)備上的油脂、水泥、瀝青，橋梁和路面標(biāo)志、色污、焦油等的清楚，路面破碎。市政工程與高速公路行業(yè)推薦使用壓力：(3501400bar)超高壓水射流加工超高壓水射流加工的特點(diǎn)(1) 切割時(shí)工件材料不會(huì)受熱變形，切邊質(zhì)量較好：切口平整，無(wú)毛刺，切縫窄，寬度為。材料利用率高，使用水量也不多(液體可以循環(huán)利用)，降低了成本。(2) 加工過(guò)程中，作為“刀具”的高速水流不會(huì)變“鈍”，各個(gè)

13、方向都有切削作用，因而切割過(guò)程穩(wěn)定。(3) 切割加工過(guò)程中，溫度較低，無(wú)熱變形、煙塵、渣土等，加工產(chǎn)物隨液體排除，故可以用來(lái)切割加工木材、紙張等易燃材料及制品。(4) 由于切割加工溫度低，不會(huì)造成火災(zāi)?！扒行肌被煸谒幸黄鹆鞒?，加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生粉塵污染，因而有利于滿足安全和環(huán)保的要求。(5) 加工材料范圍廣，既可用來(lái)加工非金屬材料，也可以加工金屬材料，而且更適宜于加工切割薄的和軟的材料。(6) 加工開(kāi)始時(shí)不需退刀槽、孔，工件上的任何位置都可以作為加工開(kāi)始和結(jié)束的位置，與數(shù)控加工系統(tǒng)相結(jié)合，可以進(jìn)行復(fù)雜形狀的自動(dòng)加工。(7) 液力加工過(guò)程中，“切屑”混入液體中，故不存在灰塵，不會(huì)有爆炸或火災(zāi)的

14、危險(xiǎn)。對(duì)某些材料，夾裹在射流束中的空氣將增加噪聲，噪聲隨壓射距離的增加而增加。在液體中加入添加劑或調(diào)整到合適的正前角，可以降低噪聲，噪聲分貝值一般低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。超高壓水射流加工的應(yīng)用 超高壓水射流加工的流束直徑為0.050.38mm,可以加工很薄、很軟的金屬和非金屬材料，也可以加工較厚的材料，最大厚度達(dá)125mm。如今，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外許多工業(yè)部門(mén)得到了廣泛應(yīng)用。 超高壓射流鉆井4.1 地面全增壓鉆井試驗(yàn)70年代初，美國(guó)地面將泥漿全增壓至69103MPa，在5口3000米左右井中試驗(yàn)，鉆速為2185m/h，是常規(guī)鉆速的23倍。 當(dāng)噴嘴壓降為104MPa時(shí)，連續(xù)性射流可以沖擊破碎7080%所鉆巖石

15、。 國(guó)內(nèi)勝利油田開(kāi)展過(guò)25 30MPa高壓噴射鉆井試驗(yàn)，大港油田正開(kāi)展35MPa、中原油田正開(kāi)展50MPa高壓噴射鉆井試驗(yàn)，鉆速明顯提高。 設(shè)備和循環(huán)系統(tǒng)維護(hù)要求非常高。4.2 雙管柱鉆井試驗(yàn)85年開(kāi)始，美國(guó)Flowdril公司研究雙通道鉆井新方法，整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。超高壓液排量，壓力230 MPa；常規(guī)低壓泥漿流只起井眼穩(wěn)定和清巖作用。在Texas和Oklahoma 22口井工業(yè)試驗(yàn)，機(jī)械鉆速是常規(guī)鉆井的倍。4. 3 井下增壓器鉆井1993年，美國(guó) FlowDril 公司開(kāi)始研究井下超高壓射流鉆井。用井下增壓器將1/7 1/10的泥漿增壓至 240 MPa輔助切割，經(jīng)5口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，機(jī)

16、械鉆速是普通鉆井的 倍。綜合利用斷裂力學(xué)、彈塑性力學(xué)和巖石力學(xué)的基本原理，建立了水力和機(jī)械聯(lián)合破巖過(guò)程中裂紋形成和發(fā)展規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，實(shí)驗(yàn)研究了齒型、射流沖擊角和沖擊位置、噴射距離等因素對(duì)破巖效果的影響規(guī)律。研制出的新型水力-機(jī)械聯(lián)合破巖鉆頭（第三代鉆頭），正在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)可提高機(jī)械鉆速40-50%，提高鉆頭進(jìn)尺30-40%。水力和機(jī)械聯(lián)合破巖水射流破巖鉆大連續(xù)孔眼必須具備三個(gè)基本條件：一是形成的孔眼要有足夠大的面積；二是形成的孔眼必須具有規(guī)則的形狀；三是具有較高的破巖效率和鉆進(jìn)速度。常規(guī)的圓射流不具備這些功能，因此設(shè)計(jì)利用旋轉(zhuǎn)射流。5.2 旋轉(zhuǎn)射流原理旋轉(zhuǎn)射流破巖機(jī)理不同于普通圓射流。

17、它不單純以沖擊、拉伸、水楔作用破巖，而是以剪切破壞為主，并伴有沖蝕、拉伸破壞等多種形式。1、剪切破碎 利用巖石抗剪、抗拉強(qiáng)度低的特點(diǎn)，依靠旋轉(zhuǎn)射流切向速度對(duì)巖石產(chǎn)生剪切破碎，從而大大提高破巖效率。2、沖蝕破碎 在垂直沖擊力和橫向流的聯(lián)合作用下，圓環(huán)面積內(nèi)巖石顆粒的膠結(jié)物或?qū)永淼热趺媸紫缺粵_蝕而脫離母體，射流對(duì)圓錐面的沖蝕作用使巖石顆粒迅速離開(kāi)母體，減少了重復(fù)破碎，提高了破巖效率。3、拉伸破碎 旋轉(zhuǎn)射流沖擊井底的同時(shí)，對(duì)圓錐面產(chǎn)生拉應(yīng)力， 使巖石更容易產(chǎn)生垂直裂紋，裂紋在水楔作用下產(chǎn)生破碎。4、旋流磨削 攜帶著巖屑的返回流沿孔壁旋轉(zhuǎn)返回，象磨粒一樣磨削已形成的孔壁，擴(kuò)大并光滑孔眼，提高了鉆孔質(zhì)量

18、。高壓噴射注漿法原理及類型一、定義 在化學(xué)注漿的基礎(chǔ)上采用高壓水射流切割技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種地基處理方法。 一般用鉆機(jī)成孔至預(yù)定深度后，再用高壓注漿流體發(fā)生設(shè)備，使水和漿液通過(guò)裝在鉆桿末端的特制噴嘴噴出，以高壓脈動(dòng)的噴射流向土體四周噴射.把一定范圍內(nèi)土的結(jié)構(gòu)破壞，并強(qiáng)制與化學(xué)漿液混合，形成注漿體，同時(shí)鉆桿按一定方向旋轉(zhuǎn)和提升，待漿液凝固后在土中制成具有一定強(qiáng)度和防滲性能的圓柱狀、板狀、連續(xù)墻等的固結(jié)體，與周圍土體共同作用加固地基。 二、噴射工藝： (1)單噴管 單一水泥漿噴射，固結(jié)體的直徑約為 .8m。 (2)二重噴管 漿液和氣體同軸噴射，固結(jié)體的直徑約為。 (3)三重噴管 以水和氣形成復(fù)合同軸噴射流，破壞土體形成中空，然后注漿形成固結(jié)體，其直徑約為12m。三、加固體形狀： (1)旋轉(zhuǎn)噴射注漿，簡(jiǎn)稱為旋噴法 在旋噴施工時(shí)，噴嘴噴射隨提升而旋轉(zhuǎn)，