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环境水力学
射流、羽流及浮射流
环境工程教研室郑天柱
5/27/2018
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射流、羽流及浮射流
基本概念
平面淹没紊动射流
圆形淹没紊动射流
静止液体中的浮力羽流
静止均质及线性密度分层环境中圆形浮射流
流动环境中的紊动射流
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1、基本概念
定义:
射流(Jet):一股流体从几何尺寸远小于接纳流体所占空间尺寸的喷口注入接纳流体,并与之混合的流动状态,叫做射流。实际问题多为紊动射流。
羽流(Plume):射流的初始动量很小,靠浮力的作用使其混合,其扩散云团形似羽毛漂浮在空中,故称羽流。如废水泄入含盐量大的海水;废热水排入河流。
浮射流(Buoyancy jet):是兼受动量和浮力两种作用而运动的射流。
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从水力学的观点来看,浮射流产生的稀释扩散与环境水流被动的紊流扩散规律有一定的差别。
因为后者的流速场与浓度场无关,并且许多问题是与固体中热传导规律相似。浮射流排放问题,则必须把流速场和浓度场耦合起来联立求解。
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基本概念
分类
按射流周围环境边界条件来分:
自由射流:射流射入无限空间时,称为自由射流。
有限空间射流:射流射入有限空间时,称为非自由射流。其中:
若射流是沿着固壁发展的,叫做附壁射流;
沿水体自由水表面发展的,叫做表面射流。
按射流进入的流体介质来分:
淹没射流:射流射入性质一样的同种流体中。
非淹没射流
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另外:若喷口是一很长的狭缝,则可以处理成平面射流;喷口是一圆孔,则为孔口射流。
喷口法线方向沿铅直向的射流,叫做铅直射流;沿水平向的,叫做水平射流;与水平向呈一角度的,叫做倾斜射流。
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2、平面淹没紊动射流
平面淹没紊动射流又称二维紊动射流
假设一个起始流速u0为的长孔紊动射流,长孔宽度为B,浓度为C0的污染物射入同密度的静止环境水体中,如图所示。
静水中平面射流紊动扩散
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2、平面淹没紊动射流
B
C0 u0
um
b
u
y
初始段
主体段
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2、平面淹没紊动射流
通过试验观测可得平面淹没紊动射流的一般特性:
射流断面上的静止压力近似为常数且可假设等于外部压力。
靠近排出口,x<。该段的紊动扩散还未完全透入射流中心部分,形成中间的主流核心区。在流动形成段内,射流带流速和浓度分布可表示为
式中,b’为射流核心区的半宽度;u0为射流出口流速;C0为射流物质浓度。
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2、平面淹没紊动射流
在核心区以外
式中,b’为核心区的宽度;
b为射流扩散宽度;
u为x方向的速度分量;
λ为浓度与速度宽度之比,一般为常数。
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