5浮射流理论解析.ppt

§1概述§2平面淹没紊动射流第五部分射流、羽流和浮射流§4静止流体中的浮力羽流§5均质和密度分层流体中的圆形浮射流§3圆形淹没紊动射流§1概述射流指流体从各种排泄口(孔口或喷嘴)喷出,流入周围的另一种和同一种流体的流动。?什么叫射流??射流的特点有压管道流动边界全部是固体,明渠流动除自由水面外,其他大部分周界也是固体。大多数类型的射流(除附壁射流以外)的全部周界都是流体,使得射流具有不受固体边界约束的很大的自由度。?工程中常见的射流问题环境工程中排污、排热、排气的排放口近区流动属于射流。①从环境固体边界的情况分自由射流:射流射入无限空间时,称为自由射流。非自由射流:射流射入有限空间时,称为非自由射流或有限空间射流。②从周围流体的性质分淹没射流:射入同种性质流体之内的称为淹没射流。非淹没射流:射入不同性质流体之内的为非淹没射流(如大气中的水射流)若射流的部分边界贴附在固体边界上,称为附壁射流。若射流沿下游水体的自由表面射出,称为表面射流。一、射流的分类?按流动形态分:层流射流和紊动射流?按射流的原动力分动量射流:射流的出流速度较高,依靠岀射的初始动量维持自身在环境水体中继续运动,初始动量对流动起支配作用,称为动量射流,也叫纯射流,或简称射流。浮力羽流:射流初始岀射动量很小,进入环境水体后依靠浮力作用促使其进一步运动和扩散,浮力对流动起支配作用,称为浮力羽流,简称羽流。浮射流:兼受动量和浮力两种作用而运动的射流。如污水排入密度较大的河口或港湾海水中形成的污水射流、火电站和核电站的冷却水排入河流和湖池中形成的热水射流。射流进入环境水体后将继续运动与扩散,按照驱使其进一步运动和扩散的动力划分:二、紊动射流的一般特性1、紊动射流的形成,卷吸与混合作用设流体从一条很长的窄缝流出,射入无限空间的同种静止流体中,形成二维平面射流,其过程可描述如下:?流体射入静止环境时,与周围静止流体之间存在速度不连续的间断面?间断面受到不可避免的干扰,失去稳定而产生涡旋。?涡旋卷吸周围流体进入射流,同时不断移动、变形、分裂产生紊动,其影响逐渐向内外两侧发展,形成内外两个自由紊动的混合层。在上述过程中,由于动量的横向传递,卷吸进入的流体取得动量而随同原来射出的流体向前流动,原来的流体失去动量而降低速度;卷吸与混合作用的结果,使射流断面不断扩大,流速则不断降低,流量却沿程增加。射流边界是由紊动涡体和周围流体交错组成的不规则面,在实际计算中常近似将射流边界看作线性边界。3、断面流速分布的相似性(自保性)图中的物理量说明:x方向为射流的轴线方向,y为射流横向扩展方向。u是坐标为y处的流速,um是轴线流速,b1/2是特征半厚度,。?在射流的主体段,各断面的流速(纵向流速)分布具有明显的相似性,也称自保性。初始段2b0u0um=u0umyb主体段核心区边界层混合区u2、紊动射流的分区结构由喷口边界起向内外扩展的紊动掺混部分为紊流剪切层混合层,称为边界层混合区。中心部分未受掺混影响,保持原来出口流速,称为核心区从出口至核心区末端的一段称为射流的初始段紊动充分发展以后的部分称为射流的主体段4、射流边界沿直线扩展理论分析和实验观测表明,射流边界呈线性扩展,若将主体段射流的上、下边界线延长,交汇于O点,O点称为射流的“源点”,根据厚度线性增长的规律,有:cobtgnstx???为射流边界线与中心线的夹角,b为射流半宽度。?初始段边界的发展亦为直线,但扩散角与主体段不同。?在起始段的边界层混合区内,流速分布具有相似性。?流动环境中的射流也可观测到这种流速分布的相似性。?圆形断面射流也有类似性质,不再一一列举。“相似性”是求解射流问题的重要基础。5、等密度自由紊动射流中的动量守恒等密度自由紊动射流周围环境的压强是静压分布0px???根据这一特性,射流内部压强沿x方向(与重力垂直方向)按动量定理可得到一个结论:单位时间通过射流各断面的流体的总动量(即动量通量)是常数:2mAudmudAconst?????对于变密度射流,上述关系不存在。