流体力学与流体机械
(九)
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第九章紊流射流
?概述
?第一节自由射流
?第二节温差射流和浓差射流
?第三节旋转射流
?第四节半限制射流
?第五节环状射流与同心射流
?第六节超音速射流
概述
射流的定义：
流体经由孔口或管嘴喷射到一个足够大的空间
后，不再受边壁的限制而继续扩散流动，这种流动
则称为射流。
概述
射流的分类方法：
1.按射流流体的流动状态不同，可分为层流射
流和紊流射流。一般按喷口直径和出口流速计算的
雷诺数大于30以后即为紊流射流。
2.按射流流体的流动速度大小不同，可分为亚
音速射流和超音速射流。
3.按射流流体在充满静止流体的空间内扩散流
动的过程中，是否受到某固体边界的约束，可分为
自由射流、半限制射流和限制射流。
概述
4.按射流流体在扩散流动过程中是否旋转，可
分为旋转射流和非旋转射流。
5.按射流管嘴出口截面形状不同，可分为圆形
射流(又称轴对称射流)、矩形射流、条缝射流(可
按平面射流处理)、环状射流和同心射流等。
对于矩形射流，当长宽比小于3时，可按轴对
称射流考虑，当长宽比大于10时，按平面射流考虑。
6.按射流流体的流动方向与外界空间流体的流
动方向不同，可分为顺流射流、逆流射流和叉流射
流。
概述
7.按射流流体与外界空间内流体的温度及浓度
不同，可分为温差射流和浓差射流。
8.按射流流体内所携带的异相物质的不同，可
分为气液两相射流，气固两相射流和液固两相射流
以及气液固多相射流等。
由于工程上常见的射流一般都是紊流射流，所
以本章主要讨论紊流射流的特征和机理。
第一节自由射流
内容提要
·自由射流的定义
·一、自由射流的流场结构和基本特征
·二、自由射流截面上的速度分布
·三、自由射流截面上的参量沿程的变
化
第一节自由射流
自由射流的定义：
当射流流体流入的空间无限大，周围空间介
质的温度和密度都与射流流体相同，并且空间内介
质是静止不动的，这种情况下的射流流动称为自由
淹没射流，简称自由射流。
第一节自由射流
一、自由射流的流场结构和基本特征
现以轴对称射流为例，来说明自由射流的流场结构和基
本特征。假定气流自直径为d0的管嘴以初始速度u0流出，其
方向取x轴方向(如图9-1)，并假定在管嘴出口截面上速度分
布均匀一致，都是u0，射流流动为紊流。
第一节自由射流
图9-1自由射流的流场结构特征
第一节自由射流
自由射流流动参量的变化曲线
射流具有抽引和卷吸外界流体进入的能力，这
种能力常称为射流的引射能力。
第一节自由射流
紊流自由淹没射流可以划分为以下几个区段：
1.起始段和射流核心
射流刚离开管嘴时其速度分布是均匀的，沿x方向流动
一段距离后，由于射流抽引和卷吸大量周围的流体，使射流
的边界越来越宽，而射流的主体速度却逐渐降低，速度值仍
等于初始速度u0的区域尺寸逐渐变小。通常我们把速度值仍
等于初始速度(喷口速度)的区域称为射流核心区(如图9-1中
的Ⅰ区)；把速度等于零的边界称为射流外边界；把速度还保
持初始速度的边界称为射流内边界；把射流内、外边界之间
的区域称为射流混合层或射流边界层(如图9-1中的Ⅱ区)。
第一节自由射流
在射流混合层(边界层)内存在很大的速度梯度。射流边
界层随着x方向射出距离的增加而向两边扩展，这样，沿x方
向距离越大，射流边界层就越宽，在某一距离处，射流边界
层扩展到射流轴线，射流内边界会聚于一点，这时只有射流
中心线上的流速还保持初始速度u0，射流核心区在此结束。
我们把射流的这一截面称为过渡截面或转折截面。实验表明，
轴对称自由射流转折截面的半径Rn约为管嘴出