1
第十三讲：
射 流
一、本课的基本要求
⒈ 掌握自由射流的定义、形成条件、基本特点。
⒉ 掌握旋转射流的定义、形成条件、基本特点。
⒊ 了解旋流强度对旋转射流的影响。
第一章 动量传输
2
二、本课的重点、难点：
重点：射流的特征。
难点：旋流强度对旋转射流的影响。
第一章 动量传输
3
§ 1.6 射流
定义：流体由喷咀流出到一个足够大的空间后，不再受固体边界限制而
继续扩散的一种流动。
举例：气体、液体燃料的燃烧、转炉吹氧、炉外精炼、高炉喷吹等。
分类：按机理
主要内容：射流的一般特征及经验公式。
第一章 动量传输
按流动性质 大多数情况紊流射流 很难观察到层流射流
4
1.6.1 自由射流
⒈ 定义：
流体自喷咀流入无限大的自由空间中称为自由射流。
形成自由射流必须具备两个条件：
⑴ 射流流体物理性质如温度、密度等与介质相同。
⑵ 空间介质不动，且不受边界的限制。
⒉ 基本特点：
自由射流可分为几个主要区域,图 1-6-1 P77
第一章 动量传输
5
⑵ 基本段 (主段 )：转折截面以后的区域。特点,x?,w中 ?，为射流边界层
所占据。
⑶ 射流核心区：具有初始速度的区域。
第一章 动量传输
⑴ 初始段：喷口截面到转折截面之间。特点：射流中心速度等于 w0,0ww =中
6
⑷ 射流极点：射流外边界线逆向延长的交点 O(射流源 )。
⒊ 速度分布
⑴ 截面上速度分布,
b? 射流的半宽度。
⑵ 中心速度分布,
第一章 动量传输
(1)
251
b
y1
w
w
???
?
???
? |
?
??
?
?-=,
中
??
?
=?=
=?=
110100axa42b
080070axa43b
.~..
.~..
扁形射流
圆形射流
圆形射流：, r0? 喷口半径。
00 r
xa
970
290rxa
970
w
w
?=+=
.
.
.中
7
扁形射流：
00 b
xa
2.1
41.0b xa
2.1
w
w
?
=
+
=中, b
0? 喷口半高度。
⒋ 射流截面及流量
0hxx +=?
h0? 极点至喷口截面的距离。
?
?
?
??
?
?
=
=
a
b290h
a
r290h
0
0
0
0
.
.
扁形射流
圆形射流
，通过 (1)式求出观察截面的平均流速 xw AdA?= www x
第一章 动量传输
8
圆形射流：
290
r
xa
190
w
w
0
0
x
.
.
+
= 扁形射流：
410
b
xa
4 9 20
w
w
0
0
x
.
.
+
=
再应用流量公式求出该截面的流量 Vx，对圆形射流为,
2000 rwV ??= 2xx bwV ??= ???????? += 290rxa202VV
00
x,.
扁形射流 410b xa181VV
00
x,,+=
第一章 动量传输
9
1.6.5 旋转射流
定义：流体在喷出前就被强制旋转，喷出后脱离了固体壁面的约束，
在无限大空间处于静止的介质中继续流动。
w?(切向速度 ) wx(轴向速度 ) wr(径向速度 )
⒈ 旋转射流的特性
⑴ 存在一个回流区：
图 1-6-15 P85 实线 ? wx 虚线 ? w?
第一章 动量传输
10
在轴心处 wx<0，回流区边界上 wx = 0，回流区边界与射流边界 (wx = 0)
之间 wx有一最大值 wmax,x?,wmax?,wx分布趋于平坦均匀，
回流区变小直到消失。
⑵ 速度沿程衰减快
图 1-6-17 P86 wx,w?,wr轴心速度 wm。
第一章 动量传输
11
第一章 动量传输
12
⑶ 射流中心有很强的卷吸力
图 1-6-18 P86 旋转射流沿程压力的变化
射流轴线上的静压力低于大气压力 (负压 )，说明旋转射流中心有很强的
卷吸作用,x?，静压力 ?大气压力，卷吸作用 ?。
⒉ 旋流强度
⑴ 旋流强度的定义及计算
定义：表明旋流设备所产生旋转射流特性的几何特征数，用 S 表示。
第一章 动量传输
??
?
>
<?
相重合与，回流区消失，
，回流区时，
0x0x
m
wwww2dx
0w2dx
max
当 以后,w?,wr基本上消失，只有 wx存在。5dx >
RG
GS
x×
= f
13
Gf ? 角动量矩； Gx? 轴向推力； R? 喷口半径。
r1? 内径； r2? 外径； t gf? 旋转角。
⑵ 旋流强度对旋转射流的影响
① 对速度场的影响
S?，卷吸量 ?，紊流扩散强，消耗的能量 ?，速度衰减快。
改变 S?改变气流的速度分布和调节焰的长度。
S?，火焰短，温度较高； S?，火焰长，温度分布均匀。
② 对回流区的影响
S?，回流区尺寸 ?，稳定火焰的手段。
第一章 动量传输
叶片式旋流喷咀的旋流强度 ftg?????? --=
3
1
1
3
2S 21 rr )(
21 rr )(
2
14
以 S 来区分旋转射流的状态，一般认为,
射流射向限制空间 — 限制射流 特点：回流区、旋涡区
第一章 动量传输
无旋流？0w =rot
??
??
?
<
>
=
弱旋流
强旋流
自由射流无旋流
60S
60S
0S
.
.
15
作业：
P115 46 47
第一章 动量传输
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第十三讲：
射 流
一、本课的基本要求
⒈ 掌握自由射流的定义、形成条件、基本特点。
⒉ 掌握旋转射流的定义、形成条件、基本特点。
⒊ 了解旋流强度对旋转射流的影响。
第一章 动量传输
2
二、本课的重点、难点：
重点：射流的特征。
难点：旋流强度对旋转射流的影响。
第一章 动量传输
3
§ 1.6 射流
定义：流体由喷咀流出到一个足够大的空间后，不再受固体边界限制而
继续扩散的一种流动。
举例：气体、液体燃料的燃烧、转炉吹氧、炉外精炼、高炉喷吹等。
分类：按机理
主要内容：射流的一般特征及经验公式。
第一章 动量传输
按流动性质 大多数情况紊流射流 很难观察到层流射流
4
1.6.1 自由射流
⒈ 定义：
流体自喷咀流入无限大的自由空间中称为自由射流。
形成自由射流必须具备两个条件：
⑴ 射流流体物理性质如温度、密度等与介质相同。
⑵ 空间介质不动，且不受边界的限制。
⒉ 基本特点：
自由射流可分为几个主要区域,图 1-6-1 P77
第一章 动量传输
5
⑵ 基本段 (主段 )：转折截面以后的区域。特点,x?,w中 ?，为射流边界层
所占据。
⑶ 射流核心区：具有初始速度的区域。
第一章 动量传输
⑴ 初始段：喷口截面到转折截面之间。特点：射流中心速度等于 w0,0ww =中
6
⑷ 射流极点：射流外边界线逆向延长的交点 O(射流源 )。
⒊ 速度分布
⑴ 截面上速度分布,
b? 射流的半宽度。
⑵ 中心速度分布,
第一章 动量传输
(1)
251
b
y1
w
w
???
?
???
? |
?
??
?
?-=,
中
??
?
=?=
=?=
110100axa42b
080070axa43b
.~..
.~..
扁形射流
圆形射流
圆形射流：, r0? 喷口半径。
00 r
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970
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970
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.
.
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扁形射流：
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2.1
41.0b xa
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0? 喷口半高度。
⒋ 射流截面及流量
0hxx +=?
h0? 极点至喷口截面的距离。
?
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a
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a
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0
0
0
0
.
.
扁形射流
圆形射流
，通过 (1)式求出观察截面的平均流速 xw AdA?= www x
第一章 动量传输
8
圆形射流：
290
r
xa
190
w
w
0
0
x
.
.
+
= 扁形射流：
410
b
xa
4 9 20
w
w
0
0
x
.
.
+
=
再应用流量公式求出该截面的流量 Vx，对圆形射流为,
2000 rwV ??= 2xx bwV ??= ???????? += 290rxa202VV
00
x,.
扁形射流 410b xa181VV
00
x,,+=
第一章 动量传输
9
1.6.5 旋转射流
定义：流体在喷出前就被强制旋转，喷出后脱离了固体壁面的约束，
在无限大空间处于静止的介质中继续流动。
w?(切向速度 ) wx(轴向速度 ) wr(径向速度 )
⒈ 旋转射流的特性
⑴ 存在一个回流区：
图 1-6-15 P85 实线 ? wx 虚线 ? w?
第一章 动量传输
10
在轴心处 wx<0，回流区边界上 wx = 0，回流区边界与射流边界 (wx = 0)
之间 wx有一最大值 wmax,x?,wmax?,wx分布趋于平坦均匀，
回流区变小直到消失。
⑵ 速度沿程衰减快
图 1-6-17 P86 wx,w?,wr轴心速度 wm。
第一章 动量传输
11
第一章 动量传输
12
⑶ 射流中心有很强的卷吸力
图 1-6-18 P86 旋转射流沿程压力的变化
射流轴线上的静压力低于大气压力 (负压 )，说明旋转射流中心有很强的
卷吸作用,x?，静压力 ?大气压力，卷吸作用 ?。
⒉ 旋流强度
⑴ 旋流强度的定义及计算
定义：表明旋流设备所产生旋转射流特性的几何特征数，用 S 表示。
第一章 动量传输
??
?
>
<?
相重合与，回流区消失，
，回流区时，
0x0x
m
wwww2dx
0w2dx
max
当 以后,w?,wr基本上消失，只有 wx存在。5dx >
RG
GS
x×
= f
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Gf ? 角动量矩； Gx? 轴向推力； R? 喷口半径。
r1? 内径； r2? 外径； t gf? 旋转角。
⑵ 旋流强度对旋转射流的影响
① 对速度场的影响
S?，卷吸量 ?，紊流扩散强，消耗的能量 ?，速度衰减快。
改变 S?改变气流的速度分布和调节焰的长度。
S?，火焰短，温度较高； S?，火焰长，温度分布均匀。
② 对回流区的影响
S?，回流区尺寸 ?，稳定火焰的手段。
第一章 动量传输
叶片式旋流喷咀的旋流强度 ftg?????? --=
3
1
1
3
2S 21 rr )(
21 rr )(
2
14
以 S 来区分旋转射流的状态，一般认为,
射流射向限制空间 — 限制射流 特点：回流区、旋涡区
第一章 动量传输
无旋流？0w =rot
??
??
?
<
>
=
弱旋流
强旋流
自由射流无旋流
60S
60S
0S
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作业：
P115 46 47
第一章 动量传输
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