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圆形射流

2020-04-09 21:02

流体从圆形孔口或喷嘴射出而形成的横断面呈圆形的射流。圆形射流出于一种“点”状源,并视为轴对称问题,故亦称为轴对称射流。消防水枪喷头喷出的水流是一种典型例子。

射流分类

按照射流流体和流动可分为可压缩的和不可压缩的,层流的和紊流的,定常的和非定常的。按射流横断面形状或源的几何类型可分为圆形射流、平面射流及三维射流。按照射流与射入环境的相互关系可分为自由的和非自由的,淹没的和非淹没的,静止环境中的和流动环境中的,同流中的和横流中的,密度均匀环境中的和分层环境中的,承受浮力作用的和不承受浮力作用的等等。

承受浮力作用的射流称为浮射流或强迫羽流。划分射流和羽流的一个定量指标是密度弗劳德数Fr=u0/{gD[(ρa0)/ρ0]}0.5,它是排放单位质量流体的动量与其承受的浮力所产生的流速之比值。式中,u0为射流出口流速;ρ0为射流流体密度;ρa为环境流体密度;D为水深;g为重力加速度。对不承受浮力作用的射流或纯射流Fr=∞,而纯羽流Fr=0。

环境工程中的排放常呈现射流性质,因此对射流问题的研究具有重要意义,特别是在接近排放口的近区。

射流问题的研究内容

主要是关于进入环境后射流与环境流体的相互作用,射流的运动发展和演化,以及射流排放物质的稀释等,即射流进入环境流体后的运动轨迹、扩展范围、流速场和浓度场。

射流问题的研究方法

主要有试验研究结合量纲分析法,基于一些假定(关于射流断面上流速和浓度分布及相似性的假定,关于射流卷吸、射流边界扩展的假定等)的积分分析法,以及运用某些紊流模型求解边界层型控制微分方程的方法。对于复杂环境条件下的射流,试验研究仍是一个最基本和重要的途径。

对进入静止均匀环境中底圆形射流,根据Alberson的试验资料,射流边界的线形扩展率ε=0.114,由高斯分布假定用积分分析法推得的主体段射流轴线流速um与射流出口流速u0的比um/u0=6.2D/X,射流轴线浓度Cm与射流出口浓度C0的比Cm/C0=5.59D/X,式中D为喷口直径;X为自射流虚源起算的轴向距离;射流卷吸系数α=0.056,射流断面上浓度分布曲线比流速分布曲线较为平坦。

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