第十二章湍流射流 §12.1射流的一般属性 §12.2圆断面淹没射流 6§12.3平面淹没射流 s§12.4温差或浓差射流
第十二章 湍流射流 §12.1 射流的一般属性 §12.2 圆断面淹没射流 §12.3 平面淹没射流 §12.4 温差或浓差射流
§12.1射流的一般属性 射流的分类 射流可以按不同的特征进行分类。 1按流动型态,可分为层流射流和湍流射流。在实际工程中,遇到的多为湍 流射流,所以本章只介绍湍流射流。 2按射流周围介质(流体)的性质,可分为淹没射流和非淹没射流。 若射流与周围介质的物理性质相同,则为淹没射流;若不相同,则为非淹没 射流。 3按射流周围固体边界的情况,可分为自由射流和非自由射流 若射流进入一个无限空间,完全不受固体边界限制,称为自由射流或无限空 间射流;若进入一个有限空间,射流多少要受固体边界限制,称为非自由 射流或有限空间射流
§12.1 射流的一般属性 一 射流的分类 射流可以按不同的特征进行分类。 1 按流动型态，可分为层流射流和湍流射流。在实际工程中，遇到的多为湍 流射流，所以本章只介绍湍流射流。 2 按射流周围介质（流体）的性质，可分为淹没射流和非淹没射流。 若射流与周围介质的物理性质相同，则为淹没射流；若不相同，则为非淹没 射流。 3 按射流周围固体边界的情况，可分为自由射流和非自由射流。 若射流进入一个无限空间，完全不受固体边界限制，称为自由射流或无限空 间射流；若进入一个有限空间，射流多少要受固体边界限制，称为非自由 射流或有限空间射流
4按射流岀流后继续运动的动力,可分为动量射流(简称射流) 浮力羽流(简称羽流)和浮力射流(简称浮射流)。 若射流出口流速、动量较大,出流后继续运动的动力来自动量, 称为动量射流。 若射流出口流速、动量较小,出流后继续运动的动力主要来自浮 力,称为浮力羽流。 若射流出流后继续运动的动力,兼受动量和浮力的作用,称为浮 力射流。 5按射流出口的断面形状,可分为圆形(轴对称)射流、平面(二 维)射流、矩形(三维)射流等
4 按射流出流后继续运动的动力，可分为动量射流（简称射流）、 浮力羽流（简称羽流）和浮力射流（简称浮射流）。 若射流出口流速、动量较大，出流后继续运动的动力来自动量， 称为动量射流。 若射流出口流速、动量较小，出流后继续运动的动力主要来自浮 力，称为浮力羽流。 若射流出流后继续运动的动力，兼受动量和浮力的作用，称为浮 力射流。 5 按射流出口的断面形状，可分为圆形（轴对称）射流、平面（二 维）射流、矩形（三维）射流等
研究射流所要解决的主要问题有:确定射流扩展的范围,射旒中 流速分布及流量沿程变化;对变密度、非等温和含有污染物质 的射流,还要确定射流的密度分布、温度分布和污染物质的浓度 分布。 在分析讨论射流的有关计算之前,先介绍射流的形成及其属性
研究射流所要解决的主要问题有：确定射流扩展的范围，射流中 流速分布及流量沿程变化；对于变密度、非等温和含有污染物质 的射流，还要确定射流的密度分布、温度分布和污染物质的浓度 分布。 在分析讨论射流的有关计算之前，先介绍射流的形成及其属性
二射流的形成 以自由淹没湍流圆射流为例,如图。射流进入无限大空间的静止 流体中,由于湍流的脉动,卷吸周围静止流体进入射流,两者掺 混向前运动。卷吸和掺混的结果,使射流的断面不断扩大,流速 不断降低,流量则沿程增加。由于射流边界处的流动是一种间隙 性的复杂运动,所以射流边界实际上是交错组成的不规则面。实 际分析时,可按照统计平均意义将其视为直线。 外边界 过波断面 内边界 射流边界层 起始段L 生体段
二 射流的形成 以自由淹没湍流圆射流为例，如图。射流进入无限大空间的静止 流体中，由于湍流的脉动，卷吸周围静止流体进入射流，两者掺 混向前运动。卷吸和掺混的结果，使射流的断面不断扩大，流速 不断降低，流量则沿程增加。由于射流边界处的流动是一种间隙 性的复杂运动，所以射流边界实际上是交错组成的不规则面。实 际分析时，可按照统计平均意义将其视为直线
射流在形成稳定的流动形态后,整个射流可分为以下几个区域: 由管嘴出口开始,向内、外扩展的摻混区域,称为射流氿骒层; 它的外边界与静止流体相接触,内边界与射流的核心区相接触。 射流的中心部分,未受摻掺混的影响,仍保持为原出口速度的区域 称为射流核心区。从管嘴出口到核心区末端断面(称为过渡断面) 之间的射流段,称为射流的起始段L。起始段后的射流段,称为 主体段。在主体段中,轴向流速沿流向逐渐减小,直至为零
射流在形成稳定的流动形态后，整个射流可分为以下几个区域： 由管嘴出口开始，向内、外扩展的掺混区域，称为射流边界层； 它的外边界与静止流体相接触，内边界与射流的核心区相接触。 射流的中心部分，未受掺混的影响，仍保持为原出口速度的区域， 称为射流核心区。从管嘴出口到核心区末端断面（称为过渡断面） 之间的射流段，称为射流的起始段L0。起始段后的射流段，称为 主体段。在主体段中，轴向流速沿流向逐渐减小，直至为零
三射流的特性 湍流淹没射流具有以下一些特性: 1射流边界层的宽度小于射流的长度。 2.在射流边界层的任何断面上,横向分速远比纵向(轴向)分速 小得多,可以认为射流速度就等于它的纵向分速。 3.射流边界层的内外边界都是直线扩展的(严格讲,是统计平均 的意义)。当主体段的外边界线延长交于轴线上O点,称为射流 源或极点。外边界线与轴线的夹角称为扩展角或极角,用Q表示 则有b/x=tan=常数。式中,b为射流主体段距坐标原点距离x处 断面的半径(断面半厚度或射流边界层厚度)
三 射流的特性 湍流淹没射流具有以下一些特性： 1. 射流边界层的宽度小于射流的长度。 2. 在射流边界层的任何断面上，横向分速远比纵向（轴向）分速 小得多，可以认为射流速度就等于它的纵向分速。 3．射流边界层的内外边界都是直线扩展的（严格讲，是统计平均 的意义）。当主体段的外边界线延长交于轴线上O点，称为射流 源或极点。外边界线与轴线的夹角称为扩展角或极角，用α表示， 则有b/x=tanα=常数。式中，b为射流主体段距坐标原点距离x处 断面的半径（断面半厚度或射流边界层厚度）
4.射流各断面上纵向流速分布具有相似 性,也称为自保性。在射流的主体段中, x=0.6m m 随着距离x的增加,轴线流速u逐渐减小 流速分布曲线趋于平坦如图(a)。若改用斗 无因次(量纲为一)的值表示,以u/un为 0050.100.150.200.250.30r(m) 纵坐标,u是径向坐标为r处的流速;以 r/bs为横坐标,b是流速等于um/2处的 径向坐标。图(b)表示所有断面上的无因 025 次的流速分布曲线基本上是相同的。实验 00.250.500.751.001251.50 表明,在射流起始段的边界层内,断面上1=04m2-1371 的流速分布也具有这种相似性
4．射流各断面上纵向流速分布具有相似 性，也称为自保性。在射流的主体段中， 随着距离x的增加，轴线流速um逐渐减小， 流速分布曲线趋于平坦, 如图(a)。若改用 无因次（量纲为一）的值表示，以u/um为 纵坐标，u是径向坐标为r处的流速；以 r/b0.5为横坐标，b0.5是流速等于um/2处的 径向坐标。图(b)表示所有断面上的无因 次的流速分布曲线基本上是相同的。实验 表明，在射流起始段的边界层内，断面上 的流速分布也具有这种相似性
5整个射流区内的压强分布是一样的。 6.射流各断面上动量守恒。在射流主体段内,取两断面间的一段射 流作为控制体,对于水平射流来讲,欲射流与周围环境流体 的摩擦阻力和射流脉动产生的应力略去不计,质量力垂直于x轴 这样,作用在控制体内流体上的沿x轴方向的外力合力等于零 所以,由动量方程可得射流各断面上的动量相等,即动量守恒, 也就是单位时间通过射流各断面的流体总动量是常数,即 [nom=Jm2d=常数
5.整个射流区内的压强分布是一样的。 6.射流各断面上动量守恒。在射流主体段内，取两断面间的一段射 流作为控制体，对于水平射流来讲， ，射流与周围环境流体 的摩擦阻力和射流脉动产生的应力略去不计，质量力垂直于x轴， 这样，作用在控制体内流体上的沿x轴方向的外力合力等于零。 所以，由动量方程可得射流各断面上的动量相等，即动量守恒， 也就是单位时间通过射流各断面的流体总动量是常数，即 p / x = 0 = = 常数 m A udm u dA 2
§12.2圆断面淹没射流 园断面射流是比较常见的一种射流,设射流出口断面上的流速均为吗, 出口断面半径为r实验表明,射流雷诺数Re>200,可认为是湍流射流。 根据各断面流速分布的相似性,则 根据阿尔伯逊( Albertson)等实验观测资料,认为射流主体段各断面上的 流速分布为高斯正态分布形式,即 u=um exp(-,) (122)
§12.2 圆断面淹没射流 圆断面射流是比较常见的一种射流，设射流出口断面上的流速均为u0， 出口断面半径为r0。实验表明，射流雷诺数Re>2000时，可认为是湍流射流。 根据各断面流速分布的相似性，则 根据阿尔伯逊（Albertson）等实验观测资料，认为射流主体段各断面上的 流速分布为高斯正态分布形式，即 ) b r f( u u m = ) b r u u exp( 2 2 = m − (12.1) (12.2)
