《流體力學(xué)》第六章氣體射流-課件

第六章氣體射流氣體自孔口、噴嘴或條縫向外噴射所形成的流動，稱為氣體淹沒射流，簡稱為氣體射流。當出口速度較大，流動呈紊流狀態(tài)時，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、溫度場和濃度場。射流分無限空間射流（自由射流）和有限空間射流（受限射流）。1PPT課件第六章氣體射流氣體自孔口、噴嘴或條縫向外噴射所形成的流動第一節(jié)無限空間淹沒紊流射流的特征氣流自半徑為R的圓斷面噴嘴噴出，出口斷面上的速度認為均勻分布。紊流的橫向脈動造成射流與周圍介質(zhì)之間不斷發(fā)生質(zhì)量、動量交換，形成向周圍擴散的錐體狀流動場。2PPT課件第一節(jié)無限空間淹沒紊流射流的特征氣流自半徑為R的圓斷面噴射流核心邊界層過渡斷面（轉(zhuǎn)折斷面）起始段及主體段擴散角（極角）紊流系數(shù)紊流系數(shù)與出口斷面上紊流強度有關(guān)，也與出口斷面上速度分布的均勻性有關(guān)。（表6-1）射流結(jié)構(gòu)3PPT課件射流核心紊流系數(shù)紊流系數(shù)與出口斷面上紊流強度有關(guān)，也與出口斷紊流系數(shù)4PPT課件紊流系數(shù)4PPT課件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紊亂程度不同,因而紊流系數(shù)也就不同。擾動大的紊流系數(shù)值增大，擴散角也增大。0.240.1080.118噴嘴種類帶金屬網(wǎng)格的軸流風(fēng)機0.1555PPT課件平面壁上銳緣狹縫具有導(dǎo)葉且加工磨圓邊收縮極好的平面噴口紊流系由可知：a值確定，射流邊界層的外邊界線也就確定，射流即按一定的擴散角向前作擴散運動，這就是它的幾何特征。應(yīng)用這一特征，對圓斷面射流可求出射流半徑射程的變化規(guī)律．6PPT課件由可知：a值確定，射流邊界層的外邊界線也就確定，射流6PPT可得：又以直徑表示7PPT課件可得：又以直徑表示7PPT課件由兩圖中可見：無論主體段或起始段內(nèi)，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，即x值增大，邊界層厚度越大，而軸心速度則越小，也就是說，隨著x的增大，速度分布曲線不斷地扁平化了。注意幾個符號的含義：8PPT課件由兩圖中可見：無論主體段或起始段內(nèi)，軸心速度最大，從軸心向邊用半經(jīng)驗公式表示射流各橫截面上的無因次速度分布為：9PPT課件用半經(jīng)驗公式表示射流各橫截面上的無因次速度分布為：9PPT課動力特征：實驗證明：射流中任意點上的靜壓強均等于周圍氣體的壓強。因各面上所受靜壓強均相等，則x軸向外力之和為零。據(jù)動量方程可知，各橫截面上動量相等——動量守恒，這就是射流的動力學(xué)特征。10PPT課件動力特征：實驗證明：射流中任意點上的靜壓強均等于周圍氣體的壓

圓斷面射流為例應(yīng)用動量守恒原理截面上動量流量為

11PPT課件圓斷面射流為例應(yīng)用動量守恒原理截面上動量流量為任意橫截面上的動量流量則需積分動量守恒式：12PPT課件任意橫截面上的動量流量則需積分動量守恒式：12PPT課件第二節(jié)圓斷面射流的運動分析現(xiàn)根據(jù)紊流射流特征來研究圓斷面射流的速度，流量和射程的變化規(guī)律。軸心速度用

除兩端：13PPT課件第二節(jié)圓斷面射流的運動分析現(xiàn)根據(jù)紊流射流特征來研究圓斷面應(yīng)用半經(jīng)驗公式代入：14PPT課件應(yīng)用半經(jīng)驗公式代入：14PPT課件Bn和Cn值15PPT課件Bn和Cn值15PPT課件再將射流半徑R沿程變化規(guī)律(6-1-2),(6-1-2a)式代入,得:說明了無因次軸心速度與無因次距離成反比的規(guī)律．16PPT課件再將射流半徑R沿程變化規(guī)律(6-1-2),(6-1-2a)式斷面流量斷面平均流速質(zhì)量平均流速起始段核心長度及收縮角起始段流量起始段斷面平均流速起始段質(zhì)量平均流速17PPT課件斷面流量17PPT課件主體段Db射流參數(shù)的計算18PPT課件主體段D射流參數(shù)的計算18PPT課件19PPT課件19PPT課件20PPT課件20PPT課件21PPT課件21PPT課件例6-1：用軸流風(fēng)機水平送風(fēng)，風(fēng)機直徑為d0=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（在書上補充）

應(yīng)用表6-3的公式進行計算紊流系數(shù)22PPT課件例6-1：用軸流風(fēng)機水平送風(fēng)，風(fēng)機直徑為d0=600mm，出例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。紊流系數(shù)已知射流直徑D,v2,d0,a,求S和Q023PPT課件例6-2：已知空氣淋浴地帶要求射流半徑為1.2m，質(zhì)量平均流第三節(jié)平面射流氣體從狹長縫隙中外射運動時，射流只能在垂直條縫長度的平面上擴散運動，如果條縫相當長，這種流動可視為平面運動，故稱為平面射流。平面射流噴口高度以2b0表示，tgα=2.44a,其他幾何、運動動力特征完全與圓斷面射流相似，公式見表6-3。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，這是因為運動的擴散被限定在垂直于條縫長度的平面上的緣故。24PPT課件第三節(jié)平面射流氣體從狹長縫隙中外射運動時，射流只能在垂直主體段Db射流參數(shù)的計算25PPT課件主體段D射流參數(shù)的計算25PPT課件26PPT課件26PPT課件27PPT課件27PPT課件28PPT課件28PPT課件第四節(jié)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、濃差分布場的規(guī)律，同時討論由溫差、濃差引起的射流彎曲的軸心軌跡。29PPT課件第四節(jié)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

在實際應(yīng)用中，為簡化起見，可以認為：

溫度、濃度內(nèi)外的邊界與速度內(nèi)外的邊界相同。

熱量擴散比動量擴散要快，溫度邊界層比速度邊界層發(fā)展要快要厚。濃度擴散與溫度擴散相似。實線：速度邊界層虛線：溫度邊界層30PPT課件在實際應(yīng)用中，為簡化起見，可以認為：試驗得出：截面上溫度分布、濃度分布與速度分布關(guān)系如下：截面上任一點溫差軸心上溫差31PPT課件試驗得出：截面上溫度分布、濃度分布與速度分布關(guān)系如下：截面上

與動力特征類似，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，射流各橫截面上的相對焓值不變。32PPT課件與動力特征類似，熱力特征是：在等壓的情況下，以周圍軸心溫差：質(zhì)量平均溫差：該溫差乘ρQc，便得出相對焓值。起始段質(zhì)量平均溫差：書上錯了,改過來書上錯了,改過來濃差溫差的射流計算見表6-433PPT課件軸心溫差：質(zhì)量平均溫差：該溫差乘ρQc，便得出相對焓值。起始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,使整個射流將發(fā)生向下或向上彎曲,但整個射流仍可看作是對稱于軸心線。取軸心線上單位體積流體作為研究對象，只考慮受重力和浮力作用，推導(dǎo)軸心線彎曲軌跡公式。xyA’Ayxd射流軸線的彎曲A34PPT課件射流彎曲溫差射流或濃差射流由于密度與周圍密度不同,所受重力與由氣體狀態(tài)方程式，在等壓狀態(tài)下，有：xyA’AyxdAj:垂直向上的加速度35PPT課件由氣體狀態(tài)方程式，在等壓狀態(tài)下，有：xyA’AyxdAj:垂將軸心溫差換成了軸心速度關(guān)系36PPT課件將軸心溫差換成了軸心速度關(guān)系36PPT課件將代入，積分，并與實驗數(shù)據(jù)對比后得：記在表6-4上37PPT課件將代入，積分，并與實驗數(shù)據(jù)對比后得為阿基米德準數(shù)用噴嘴直徑除之，得無因次軌跡方程為：對于平面射流：例題6-1，6-2，6-338PPT課件為阿基米德準數(shù)用噴嘴直徑除之，得無因次軌跡方程為：對于平面射第六節(jié)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張段有限擴張段收縮段貼附射流39PPT課件第六節(jié)有限空間射流射流結(jié)構(gòu)自由擴張段貼附射流39PPT課末端渦流區(qū)

當房間長度大于某一值時，在封閉末端將產(chǎn)生渦流區(qū)。渦流區(qū)的出現(xiàn)是通風(fēng)空調(diào)工程中所不希望的?？刹捎酶淖儑娮煨褪?、雙側(cè)射流送風(fēng)等方法來消除。LH末端產(chǎn)生渦流區(qū)40PPT課件末端渦流區(qū)當房間長度大于某一值時，在封閉末端將產(chǎn)生渦第六章氣體射流氣體自孔口、噴嘴或條縫向外噴射所形成的流動，稱為氣體淹沒射流，簡稱為氣體射流。當出口速度較大，流動呈紊流狀態(tài)時，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、溫度場和濃度場。射流分無限空間射流（自由射流）和有限空間射流（受限射流）。41PPT課件第六章氣體射流氣體自孔口、噴嘴或條縫向外噴射所形成的流動第一節(jié)無限空間淹沒紊流射流的特征氣流自半徑為R的圓斷面噴嘴噴出，出口斷面上的速度認為均勻分布。紊流的橫向脈動造成射流與周圍介質(zhì)之間不斷發(fā)生質(zhì)量、動量交換，形成向周圍擴散的錐體狀流動場。42PPT課件第一節(jié)無限空間淹沒紊流射流的特征氣流自半徑為R的圓斷面噴射流核心邊界層過渡斷面（轉(zhuǎn)折斷面）起始段及主體段擴散角（極角）紊流系數(shù)紊流系數(shù)與出口斷面上紊流強度有關(guān)，也與出口斷面上速度分布的均勻性有關(guān)。（表6-1）射流結(jié)構(gòu)43PPT課件射流核心紊流系數(shù)紊流系數(shù)與出口斷面上紊流強度有關(guān)，也與出口斷紊流系數(shù)44PPT課件紊流系數(shù)4PPT課件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紊亂程度不同,因而紊流系數(shù)也就不同。擾動大的紊流系數(shù)值增大，擴散角也增大。0.240.1080.118噴嘴種類帶金屬網(wǎng)格的軸流風(fēng)機0.15545PPT課件平面壁上銳緣狹縫具有導(dǎo)葉且加工磨圓邊收縮極好的平面噴口紊流系由可知：a值確定，射流邊界層的外邊界線也就確定，射流即按一定的擴散角向前作擴散運動，這就是它的幾何特征。應(yīng)用這一特征，對圓斷面射流可求出射流半徑射程的變化規(guī)律．46PPT課件由可知：a值確定，射流邊界層的外邊界線也就確定，射流6PPT可得：又以直徑表示47PPT課件可得：又以直徑表示7PPT課件由兩圖中可見：無論主體段或起始段內(nèi)，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，即x值增大，邊界層厚度越大，而軸心速度則越小，也就是說，隨著x的增大，速度分布曲線不斷地扁平化了。注意幾個符號的含義：48PPT課件由兩圖中可見：無論主體段或起始段內(nèi)，軸心速度最大，從軸心向邊用半經(jīng)驗公式表示射流各橫截面上的無因次速度分布為：49PPT課件用半經(jīng)驗公式表示射流各橫截面上的無因次速度分布為：9PPT課動力特征：實驗證明：射流中任意點上的靜壓強均等于周圍氣體的壓強。因各面上所受靜壓強均相等，則x軸向外力之和為零。據(jù)動量方程可知，各橫截面上動量相等——動量守恒，這就是射流的動力學(xué)特征。50PPT課件動力特征：實驗證明：射流中任意點上的靜壓強均等于周圍氣體的壓

圓斷面射流為例應(yīng)用動量守恒原理截面上動量流量為

51PPT課件圓斷面射流為例應(yīng)用動量守恒原理截面上動量流量為任意橫截面上的動量流量則需積分動量守恒式：52PPT課件任意橫截面上的動量流量則需積分動量守恒式：12PPT課件第二節(jié)圓斷面射流的運動分析現(xiàn)根據(jù)紊流射流特征來研究圓斷面射流的速度，流量和射程的變化規(guī)律。軸心速度用

除兩端：53PPT課件第二節(jié)圓斷面射流的運動分析現(xiàn)根據(jù)紊流射流特征來研究圓斷面應(yīng)用半經(jīng)驗公式代入：54PPT課件應(yīng)用半經(jīng)驗公式代入：14PPT課件Bn和Cn值55PPT課件Bn和Cn值15PPT課件再將射流半徑R沿程變化規(guī)律(6-1-2),(6-1-2a)式代入,得:說明了無因次軸心速度與無因次距離成反比的規(guī)律．56PPT課件再將射流半徑R沿程變化規(guī)律(6-1-2),(6-1-2a)式斷面流量斷面平均流速質(zhì)量平均流速起始段核心長度及收縮角起始段流量起始段斷面平均流速起始段質(zhì)量平均流速57PPT課件斷面流量17PPT課件主體段Db射流參數(shù)的計算58PPT課件主體段D射流參數(shù)的計算18PPT課件59PPT課件19PPT課件60PPT課件20PPT課件61PPT課件21PPT課件例6-1：用軸流風(fēng)機水平送風(fēng)，風(fēng)機直徑為d0=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（在書上補充）

應(yīng)用表6-3的公式進行計算紊流系數(shù)62PPT課件例6-1：用軸流風(fēng)機水平送風(fēng)，風(fēng)機直徑為d0=600mm，出例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。紊流系數(shù)已知射流直徑D,v2,d0,a,求S和Q063PPT課件例6-2：已知空氣淋浴地帶要求射流半徑為1.2m，質(zhì)量平均流第三節(jié)平面射流氣體從狹長縫隙中外射運動時，射流只能在垂直條縫長度的平面上擴散運動，如果條縫相當長，這種流動可視為平面運動，故稱為平面射流。平面射流噴口高度以2b0表示，tgα=2.44a,其他幾何、運動動力特征完全與圓斷面射流相似，公式見表6-3。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，這是因為運動的擴散被限定在垂直于條縫長度的平面上的緣故。64PPT課件第三節(jié)平面射流氣體從狹長縫隙中外射運動時，射流只能在垂直主體段Db射流參數(shù)的計算65PPT課件主體段D射流參數(shù)的計算25PPT課件66PPT課件26PPT課件67PPT課件27PPT課件68PPT課件28PPT課件第四節(jié)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、濃差分布場的規(guī)律，同時討論由溫差、濃差引起的射流彎曲的軸心軌跡。69PPT課件第四節(jié)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

在實際應(yīng)用中，為簡化起見，可以認為：

溫度、濃度內(nèi)外的邊界與速度內(nèi)外的邊界相同。

熱量擴散比動量擴散要快，溫度邊界層比速度邊界層發(fā)展要快要厚。濃度擴散與溫度擴散相似。實線：速度邊界層虛線：溫度邊界層70PPT課件在實際應(yīng)用中，為簡化起見，可以認為：試驗得出：截面上溫度分布、濃度分布與速度分布關(guān)系如下：截面上任一點溫差軸心上溫差71PPT課件試驗得出：截面上溫度分布、濃度分布與速度分布關(guān)系如下：截面上

與動力特征類似，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，射流各橫截面上的相對焓值不變。72PPT課件與動力特征類似，熱力特征是：在等壓的情況下，以周圍軸心溫差：質(zhì)量平均溫差：該溫差乘ρQc，便得出相對焓值。起始段質(zhì)量平均溫差：書上錯了,改過來書上錯了,改過來濃差溫差的射流計算見表6-47