1、 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 1.2 窑炉系统内的气体流动窑炉系统内的气体流动不可压缩气体的流动不可压缩气体的流动可压缩气体的流动可压缩气体的流动气体射流气体射流熟练熟练掌握掌握了解了解了解及了解及自学自学 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 一、不可压缩气体的流动一、不可压缩气体的流动（一）气体从窑炉内的（一）气体从窑炉内的流出和吸入流出和吸入1、气体通过、气体通过小孔小孔的流出和吸入的流出和吸入静压头转变为动压头，静压头转变为动压头，使压强降低、速度增加使压强降低、速度增加w11P1F1zFw2,2P2,F2 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 流出气体在流
2、出气体在惯性惯性作用作用下，气流会下，气流会发生收缩，在发生收缩，在截面处形成最小截面处形成最小的截面的截面F2，这种，这种现象称为现象称为缩流缩流。缩流系数缩流系数：FF2 （气流气流最小截面最小截面与与小孔截面小孔截面的比值）的比值）w11P1F1zFw2,2P2,F2小孔的位置小孔的位置 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 截面（窑内）：截面（窑内）：111 、Pw222 、Pw截面（气流最小截面）：截面（气流最小截面）：气流通过小孔的气流通过小孔的压差极小压差极小： 21Question：如何衡量流出气体如何衡量流出气体的的快慢、多少快慢、多少 ？ w11P1F1zFw2,2P
3、2,F2 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 列列-间伯努利方程，计算：间伯努利方程，计算： )PP(wa2 1211，则，则速度系数速度系数为为令：令： 11)(2w12aPP 则： 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 为为：量量截截面面流流出出的的气气体体体体积积流流通通过过小小孔孔VF )(21222aPPFwFV )(21aPPF 流量系数流量系数为为令：令： )(21aPPFV 则：则： 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 变变化化，则则：忽忽略略沿沿窑窑高高度度动动压压头头的的若若窑窑底底表表压压强强为为零零，且且 )(2 agHFV则：则：)(1 aagH
4、PP小孔距离窑底的高度小孔距离窑底的高度 H 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 ed3.5 厚壁条件：厚壁条件：*缩流系数缩流系数 、速度系数、速度系数 、流量系数、流量系数 均应由实均应由实 验确定。也可查表（验确定。也可查表（P13）。）。 气流最小截面在孔口外气流最小截面在孔口外薄壁薄壁气流最小截面在孔口内气流最小截面在孔口内厚壁厚壁m壁厚，壁厚， mde孔口当量直径，孔口当量直径， 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 aPP PaP为：为：的气体体积流量的气体体积流量吸入吸入截面截面通过小孔通过小孔VFaaPPFV )(21 3m/kga外界空气密度，外界空气密度，
5、热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 Question：小孔为其它形状：小孔为其它形状 ？ 形状形状大小大小 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 2、气体通过、气体通过炉门炉门的流出和吸入的流出和吸入*沿炉门高度上的静压头的变化对气体流出和吸入量沿炉门高度上的静压头的变化对气体流出和吸入量有影响。有影响。单位时间内通过单位时间内通过微元面积微元面积dF的流量，为：的流量，为： )(2)(2azzazzPPdzBPPdFdV H1z2z0zBdF炉门炉门 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 szgzhh 窑底与窑底与z间的伯努利方程为：间的伯努利方程为： )(zgBdzdV
6、az 2dzz)(gBaz212 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 dzz)(gBVazzz21221 把把 近似看作常数近似看作常数 ，作为，作为平均流量系数平均流量系数，则，则zdzz)(gBVzzaz 21212 )zz()(gBa231232232 炉门平均流量系数炉门平均流量系数 mB炉门宽度，炉门宽度， mz ,z的距离，的距离，炉门上下缘距离零压面炉门上下缘距离零压面 21 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 020023123223961123zH)zH(zHzz 023232zH)(gBVa )(gzFa 022mF炉门面积，炉门面积， mz离离，炉炉门门中
7、中心心线线至至零零压压面面距距 0 )(21aPPFV )(2w12aPP )()(232231232zzgBVa )(gzFa 02v其它形状其它形状炉门情形如何计算炉门情形如何计算?根据根据P6，上部断面的几何压头小于下部断面的上部断面的几何压头小于下部断面的几何压头，几何压头，而静压头则相反而静压头则相反。即：上部断面的静压头即：上部断面的静压头 大于大于 下部断面的静压头。下部断面的静压头。？、浮力看成重力，浮力看成重力，重力作用明显，浮力可忽略时，上部小、下部大。重力作用明显，浮力可忽略时，上部小、下部大。浮力作用明显，重力可忽略时，上部大、下部小。浮力作用明显，重力可忽略时，上部大
8、、下部小。例例 题题1 12 20 01m 0.5m 厚厚240mm200mm（1）解：）解：0PaP-P00a0 处为零压面，处为零压面，7005 . 3,200,240 dmmdmm 又又0.62,5 . 3 为薄壁。查表：为薄壁。查表：d间间二二气气体体伯伯努努利利方方程程：位位基基准准面面，列列以以100-0 )(2)(202001211aagzwPgzwP ,5 . 0, 0, 0, 010001mzzPww 300/2831. 0100027327332. 1mkgTT 300/2047. 12027327329. 1mkgTTaa 上孔出气上孔出气 , 05124. 41PaPP
9、agzPa5124. 4 )2047. 12831. 0(5 . 08 . 9)(11 hPPFa/396m/s1.109988m 2831. 05124. 422 . 040.62 )(2V3321 出气量：出气量：间间二二气气体体伯伯努努利利方方程程：位位基基准准面面，列列再再以以200-0 )(2)(202002222 aagzwPgzwP,m5 . 0z ,0z ,0P,0ww20020 300/2831. 0100027327332. 1mkgTT 300/2047. 12027327329. 1mkgTTaa 下孔进气 05124. 4 )2831. 02047. 1 (5 . 0
10、8 . 9)(22PagzPahPPFaa/m921/sm053318. 0 2047. 15124. 422 . 040.62 )(2V3322 进气量：进气量： )(2 agHFV上孔出气量：上孔出气量：根据根据P6，上部断面的几何压头小于下部断面的上部断面的几何压头小于下部断面的几何压头，而静压头则相反几何压头，而静压头则相反。即：上部断面的静压头即：上部断面的静压头 大于大于 下部断面的静压头。下部断面的静压头。本题：零压头在两小孔中间，所以上孔肯定为正压本题：零压头在两小孔中间，所以上孔肯定为正压（气体溢出），下孔为负压（吸入空气）。所以有：（气体溢出），下孔为负压（吸入空气）。所以
11、有：aagHFV )(2 下孔进气量：下孔进气量：解法2h/396m /s1.109988m V33出气：h/m921 /sm053318. 0V33进气：解法3间间二二气气体体伯伯努努利利方方程程：位位基基准准面面，列列再再以以200-0 )(gz2wP)(gz2wPa0200a2222 ,m5 . 0z ,0z ,0P,0ww20020 300/2831. 0100027327332. 1mkgTT 300/2047. 12027327329. 1mkgTTaa 下孔进气下孔进气 0Pa5124. 4 )2047. 12831. 0()5 . 0(8 . 9)(gzPa22 热工过程与设备
12、热工过程与设备 第一章第一章 （二）分散垂直气流法则（二）分散垂直气流法则垂直分散气流垂直分散气流 ： 一股气流在垂直通道中被分一股气流在垂直通道中被分割成多股平行小气流。割成多股平行小气流。垂直分散气流法则：垂直通道中，使垂直分散气流法则：垂直通道中，使热气体自上而下热气体自上而下流动，冷气体自下而上流动流动，冷气体自下而上流动。设设a、b通道等截通道等截面，则面，则 为保证为保证 a、b通通道内温度均匀，应具道内温度均匀，应具备什么条件？备什么条件？ ab 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 aLakasagakasaghhhhhhh,2,2,2, 1, 1, 1a通道伯努利方程通
13、道伯努利方程: 截面为基准面，则：截面为基准面，则：0, 1 agha通道等截面，则：通道等截面，则：akakhh,2, 1 aLagasashhhh,2,2, 1 bLbgbsbshhhhb,2,2, 1通道：通道：同理同理气流气流自上而下自上而下流动时，则：流动时，则： 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 气流气流自下而上自下而上流动时，则：流动时，则： aLagasashhhh,2,2, 1 bLbgbsbshhhh,2,2, 1欲使欲使a、b通道温度均匀，需使通道温度均匀，需使 a、b两端静压差相等两端静压差相等，即：即： bsbsasashhhh,2, 1,2, 1 热工过程
14、与设备热工过程与设备 第一章第一章 a、b通道温度分布均匀的条件是：通道温度分布均匀的条件是： 气体气体自上而下自上而下流动时：流动时：bLbgaLaghhhh, 2, 2气体气体自下而上自下而上流动时：流动时： bLbgaLaghhhh,2,2所以所以 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 分析两种情况：分析两种情况： LghhLghhbLaLhh,？bgaghh, 2, 2？ba？ 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 自下而上自下而上流动时：流动时：具体分析热气体情形：具体分析热气体情形：batt 假若假若ba b ,ga ,ghh22 aV bV batt,则使：则使：ba
15、tt b ,ga ,ghh22)()(2,22,2bbgaaggzhgzh 空气空气空气空气几何压头为推动力几何压头为推动力原因：原因：P6 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 热气体热气体自上而下自上而下流动时：流动时：batt 假若ba bgaghh,2,2 aV bV batt,则使：则使：batt bgaghh,2,2 1)()(2,22,2bbgaaggzhgzh 空气空气空气空气几何压头为阻力几何压头为阻力冷气体冷气体自下而上自下而上流动时：流动时：冷气体冷气体自上而下自上而下流动时：流动时：垂直分散气流法则：垂直通道中，使垂直分散气流法则：垂直通道中，使热气体自上而下流动
16、热气体自上而下流动， 冷气体自下而上流动冷气体自下而上流动。课下自学课下自学内容内容 分散垂直气流法则适用条件分散垂直气流法则适用条件热工过程与设备热工过程与设备 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 1.2 窑炉系统内的气体流动窑炉系统内的气体流动不可压缩气体的流动不可压缩气体的流动可压缩气体的流动可压缩气体的流动气体射流气体射流熟练熟练掌握掌握了解了解了解了解自学自学伯努利方程的适用气体：伯努利方程的适用气体：不可压缩气体不可压缩气体、稳态稳态、等温等温（e=0）流动）流动二、可压缩气体的流动二、可压缩气体的流动可压缩气体可压缩气体能量方程能量方程：22222211whwhu可压缩气
17、体怎样做能量的换算？可压缩气体怎样做能量的换算？可压缩气体可压缩气体是否有伯努利方程？是否有伯努利方程？ 热工过程与设备 第一章 可压缩气体可压缩气体绝热流动绝热流动的伯努利方程：的伯努利方程：C2wP12 222212112wP12wP1 绝热指数绝热指数单原子气体，单原子气体，双原子气体（包括空气），双原子气体（包括空气），多原子气体（包括过热蒸汽）多原子气体（包括过热蒸汽）66. 1 4 . 1 33. 1 热工过程与设备 第一章 P11TCU V C2wPU 2 P1TCI P C2wI 2 例例 题题1122C2wP12 例例 题题 解解 热工过程与设备 第一章 0wTI sss ，
18、：静止流体参数静止流体参数设设CI s 则：则：sP2PTC2wTC s2I2wI 可压缩气体流动与不可可压缩气体流动与不可压缩气体区别显著。不压缩气体区别显著。不可压缩流动时，只有热可压缩流动时，只有热交换才能引起流体温度交换才能引起流体温度变化；但可压缩流动时，变化；但可压缩流动时，温度可随流速而变温度可随流速而变。静静止温度止温度Ts下，流速增加，下，流速增加，温度降低温度降低可压缩不可压缩气体的区别，可用于选择或天空或判断 热工过程与设备 第一章 （一）音速和马赫数（一）音速和马赫数1、声波在气体中的传播速度、声波在气体中的传播速度-音速方程式音速方程式音速：音速： 声波在声波在弹性介
19、质弹性介质中的传播速度。（中的传播速度。（a，m/S）音速音速 Ea RTnnPE nRTnPa 声音来源于物体振动，声音来源于物体振动，该振动会引起介质该振动会引起介质压压强和密度的微弱变化强和密度的微弱变化，这种微扰动在介质中这种微扰动在介质中依次传播，就是声音依次传播，就是声音的传播过程。的传播过程。 热工过程与设备 第一章 考察考察eqeqn /1/ 声波在气体声波在气体中传播时中传播时引起温差变化很小引起温差变化很小传播速度很大传播速度很大声音在气体中传声音在气体中传播属于播属于可逆绝热可逆绝热过程过程（等熵（等熵 ，q=0） n即等熵时：即等熵时：RTPa 热工过程与设备 第一章
20、如如空气空气， ， ，则声音在，则声音在空气中传播速度为空气中传播速度为41. 11287 KkgJRTa04.20 音速与音速与温度温度有关，也为有关，也为； 与与地域地域、季节季节等有关等有关音速大小反映气体音速大小反映气体可压缩程度可压缩程度，音速越，音速越大则气体的可压缩程度越小。大则气体的可压缩程度越小。 热工过程与设备 第一章 2、马赫数、马赫数管流某界面管流某界面)1 ()1 (,Maaawawaa气流速度气流速度w, m/S当地音速当地音速a则逆气流方向，声波传播速度为：则逆气流方向，声波传播速度为：其中：其中：称为马赫数称为马赫数awMa 热工过程与设备 第一章 可根据可根据
21、Ma大小来分类大小来分类Ma 1，不可压缩流动不可压缩流动aa, Ma 1，亚音速流动亚音速流动0 ,aMa1，跨音速流动跨音速流动0 ,aMa1，超音速流动超音速流动0,a 热工过程与设备 第一章 滞止（滞留）参数滞止（滞留）参数：流体处于：流体处于的参数（以下表的参数（以下表s 表示）表示）2wP1P12s s Pa 21-1- 222waas滞止参数一定时，滞止参数一定时，气流中的音速大气流中的音速大小取决于气流速小取决于气流速度。度。 热工过程与设备 第一章 可压缩流体可压缩流体流速与断面的关系流速与断面的关系1221FFww 不可压缩流体，流速与断面反比。不可压缩流体，流速与断面反比
22、。wdwMFdFa)1(2 可压缩流体，可压缩流体，可压缩不可压缩气体的对比，可用于选择或天空或判断 热工过程与设备 第一章 wdwMFdFa)1(2 可见：可见：Ma1（超音速流动）时，流速与断面呈（超音速流动）时，流速与断面呈正正比比。流速随断面增大而增大，随断面减小。流速随断面增大而增大，随断面减小而减小。而减小。Ma1（亚音速流动）时，流速与断面呈（亚音速流动）时，流速与断面呈反反比比。流速随断面增大而减小，随断面减小。流速随断面增大而减小，随断面减小而增大。而增大。Ma1时，对应时，对应临界断面临界断面。 热工过程与设备 第一章 （二）可压缩气体通过（二）可压缩气体通过渐缩喷嘴渐缩喷
23、嘴流出流出1、流量和流速、流量和流速（高压气体）PasPsT0sws罐容量足够大，气体参数罐容量足够大，气体参数可视为常数可视为常数罐容量足够大，气体流速罐容量足够大，气体流速视为零，处于视为零，处于，（以下标，（以下标S标出）标出）气体流出过程气体流出过程001122流速流速增加、增加、压强压强下降下降气体在喷嘴中流速大，可视为气体在喷嘴中流速大，可视为绝绝热热。 热工过程与设备 第一章 理想、可压缩气体理想、可压缩气体）（02222 ssw whh)hh(ws222 热工过程与设备 第一章 理想气体焓：理想气体焓：TRTChP1 )hh(ws222 )TT(Rs212 )1 (122ssT
24、TTR)1 (122ssTTTR 热工过程与设备 第一章 122)( ssPPTT绝热过程：绝热过程： eqeqn/1/由绝热方程：由绝热方程：CPTnn 1)(1 12122SsPPTRw由：RTPss sssPRT )(1 12122SssPPPw)(1 12122SsPPTRw)(1 12122SssPPPw 热工过程与设备 第一章 22222wFVm 由：CPn 122)(ssPP 2122222)(wPPFwFmss)()(1212222sSssPPPPPF2122222)(wPPFwFmss)()(1212222sSssPPPPPF*实际：) 1(2,2ww )1(,mm 热工过程
25、与设备 第一章 2、极限速度和临界速度、极限速度和临界速度（1）极限速度）极限速度时时sPP 202 w0 m时时02 PSssRTPww1212max2 0 m讨论：讨论：仅为理论参考值max*w 热工过程与设备 第一章 ：若想若想维持气体滞止参数和出口断面维持气体滞止参数和出口断面F2，采取，采取一定手段使喷嘴一定手段使喷嘴出口处压强出口处压强Pa可连续调节可连续调节。则：。则：sPsTs 2P气源气柜调节阀抽气机喷嘴 热工过程与设备 第一章 （2）临界速度）临界速度时时102sPPm 有最大值有最大值E点点定义：定义：E点对应的状态为点对应的状态为临界状态临界状态，相应参数为相应参数为临
26、界参数临界参数（用下标（用下标cr表示）表示）sPP2 令令scrPP2cr 则：则：ABD (wmax)mwG21041431 sPP2cr)(22sPPfm )(212sPPfw mmax 热工过程与设备 第一章 0ddm 求：求：12)12( scrcrPP由绝热方程：由绝热方程：11)12( scr12 scrTT5 . 0)12( scraa问题：怎样求问题：怎样求 ？ cr临界参数仅与临界参数仅与滞止参数和气滞止参数和气体绝热指数有体绝热指数有关关 热工过程与设备 第一章 表达式：表达式：及及代入代入把把mwPPscrcr212)12( crssscraRTPw 12临临界界速速度
27、度：112max)12( ssPFm最最大大质质量量流流量量：11)12( sscrPF*临界速度等于当地音速临界速度等于当地音速 热工过程与设备 第一章 mwAB C(wcr)D (wmax)E F(mmax)G21041431 sPP2cr)(22sPPfm )(212sPPfw 拥塞效应拥塞效应 热工过程与设备 第一章 可压缩气体由可压缩气体由渐缩喷嘴渐缩喷嘴外射流出的极限：外射流出的极限：压强（背压）压强（背压）：低至低至 临界压强临界压强温度温度：低至：低至 临界温度临界温度速度速度：高至：高至 临界速度，当地音速临界速度，当地音速马赫数马赫数：1 热工过程与设备 第一章 （三）可压
28、缩气体由（三）可压缩气体由渐缩至渐扩喷嘴渐缩至渐扩喷嘴外射流出外射流出渐缩渐扩管渐缩渐扩管拉伐尔喷嘴拉伐尔喷嘴： 利用利用气体压力能气体压力能获得获得超音速超音速出口气流出口气流喉部喉部：渐缩、渐扩的结合部。：渐缩、渐扩的结合部。收收缩缩段段1l扩张段扩张段2l1d2dcrdR3crd 热工过程与设备 第一章 )(1 12122 SssPPPw2122222)(wPPFwFmss )()(1212222 SsssPPPPPF11)12( sscrPFABD (wmax)EmwG21041431sPP2cr)(22sPPfm )(212sPPfw mmax 热工过程与设备 第一章 1、气体参数与
29、喷嘴断面积气体参数与喷嘴断面积与与速度变化速度变化的关系的关系等熵流动，等熵流动，热力学参数变化热力学参数变化速度变化速度变化 能量方程、能量方程、 理想气体状态方程理想气体状态方程 能量方程能量方程： 0 wdwdhTdTaTdTRTdTRdTCdhP1112 而而wdwdh wdwTdTa 12 wdwawTdT22)1( wdwMaTdT2) 1( wdwMaTdT2) 1( （1） 热工过程与设备 第一章 状态方程状态方程： RTP TdTdPdP 绝热方程绝热方程： CP dPdP wdwMaTdTd211wdwMaTdTd211wdwMaPdP2wdwMaPdP2*dw0，则，则
30、dP、d、dT均均0（2） （3） 改书上错 热工过程与设备 第一章 状态连续性方程连续性方程： CFwm0dwdwFdFwdwMawdwdwdwFdF2wdwMaFdF) 1(2dxdwwMadxdF1) 1(F12或：（4） （4，） 热工过程与设备 第一章 可得：由dxdwwMadxdF1) 1(F12）亚音速时（1Ma0, 0dxdwxdF则若0, 0dxdwxdF则若）超音速时（1Ma0, 0dxdwxdF则若0, 0dxdwxdF则若*亚音速气流在渐缩段加速、在渐扩管减速；亚音速气流在渐缩段加速、在渐扩管减速； 超音速气流在渐缩段减速、在渐扩管加速；超音速气流在渐缩段减速、在渐扩管
31、加速； 热工过程与设备 第一章 渐缩喷嘴对应滞止压强不需过高。渐缩喷嘴对应滞止压强不需过高。P22拉伐尔喷嘴对应滞止压强要高于临界压强。拉伐尔喷嘴对应滞止压强要高于临界压强。实际操作时：实际操作时： 热工过程与设备 第一章 2、气体参数与喷嘴断面积与马赫数的关系已知：PRTa音速：)(1 1212ssssPPw出口速度：PPPassss)(1 12M1则出口处：)(1 121sssPPPP 热工过程与设备 第一章 带入上式：把绝热方程：1)(PPss 1)(121PPMas12)211 (MaPps 热工过程与设备 第一章 再由绝热方程：12)211 (MaTTs112)211 (Mas212
32、)211 (Maaas 热工过程与设备 第一章 得：再由连续性方程crcrcrwFFwmcrsscrcrcrMaaPwwFF12scrsMaaa12)1(212212111MaMaFFcr 热工过程与设备 第一章 crFFMa一个面积比一个MaFcr两个一个面积比F0Ma0Ma1Ma1Ma 热工过程与设备热工过程与设备 第一章第一章 1.2 窑炉系统内的气体流动窑炉系统内的气体流动不可压缩气体的流动不可压缩气体的流动可压缩气体的流动可压缩气体的流动气体射流气体射流熟练熟练掌握掌握了解了解了解了解自学自学 热工过程与设备 第一章 三、气体射流三、气体射流： 气体脱离了原来限制它流动的管道，不再气
33、体脱离了原来限制它流动的管道，不再受固体壁面的限制，而在空间连续受固体壁面的限制，而在空间连续扩散流动扩散流动。(喷喷射到窑内的可燃气；烟囱冒出的烟气等。射到窑内的可燃气；烟囱冒出的烟气等。 )与管流有本质区别。因不再受璧面的影响限制、与管流有本质区别。因不再受璧面的影响限制、与与周围气体接触混合周围气体接触混合层流射流层流射流：管嘴直径较小，喷出气量小时，：管嘴直径较小，喷出气量小时， 在管嘴出口处形成在管嘴出口处形成层流射流层流射流。湍流射流湍流射流：管嘴直径较大，喷出气体流速较大：管嘴直径较大，喷出气体流速较大 时，在管嘴出口处形成时，在管嘴出口处形成湍流射流湍流射流。 热工过程与设备
34、第一章 自由射流自由射流：气体喷射到充满静止介质的：气体喷射到充满静止介质的无限空间无限空间中中 去，射流完全不受固体壁面的限制。去，射流完全不受固体壁面的限制。受限射流受限射流：气体喷射到有限空间时，射流要：气体喷射到有限空间时，射流要受到空受到空 间的部分限制间的部分限制。研究射流规律目的：研究射流规律目的：P27 热工过程与设备 第一章 （一）自由射流（一）自由射流(湍流湍流)等温自由射流等温自由射流：喷出气流与周围介质：喷出气流与周围介质 温度、密度相等温度、密度相等 非等温自由射流非等温自由射流：喷出气流与周围介质：喷出气流与周围介质 存在存在温度差温度差、密度差密度差 热工过程与设
35、备 第一章 1、自由射流的、自由射流的形成形成和和特点特点（1）自由射流的）自由射流的形成形成和和外形特点外形特点0w)2(00Rd 0w：气体：气体横纵向横纵向流动，喷出气体则与周围空气流动，喷出气体则与周围空气不断掺和，交换能量、动量，一起向前流动。不断掺和，交换能量、动量，一起向前流动。流量、横断面流量、横断面不断增大，不断增大，流速流速不断降低，形成不断降低，形成向周围扩散的向周围扩散的锥形体锥形体，最终消失在空气中。，最终消失在空气中。转折截面转折截面外边界外边界内边界内边界M 2 2边界层边界层开始段开始段主段主段外边界内边界极点M极角核心收缩角边界层核心区转折截面开始段主段 热工
36、过程与设备 第一章 外边界外边界：速度等于零的边界：速度等于零的边界内边界内边界：速度保持初速度的边界：速度保持初速度的边界极点极点：外边界的交点：外边界的交点 极角极角：外边界与：外边界与x轴的夹角轴的夹角 核心收缩角核心收缩角：内边界与：内边界与x轴的夹角轴的夹角 边界层边界层：内、外边界之间的区域：内、外边界之间的区域 核心区核心区：保持初速度的区域：保持初速度的区域 转折截面转折截面：只有：只有x轴上一点还保持初速度的截面轴上一点还保持初速度的截面 开始段开始段：喷嘴出口至转折面之间的射流区域：喷嘴出口至转折面之间的射流区域 主段主段：转折面以后至射流消失的射流区域：转折面以后至射流消
37、失的射流区域 热工过程与设备 第一章 近似认为自由射流近似认为自由射流内部压强内部压强不变，等于周围气体不变，等于周围气体的压强。沿的压强。沿x轴轴动量动量不变、不变、动能动能减小。减小。 （2）自由射流的流动特点）自由射流的流动特点自由射流可近似认为是自由射流可近似认为是一维流动一维流动。 自由射流内各截面上自由射流内各截面上速度分布速度分布有相似性有相似性 2211xxRrRr 2211ccwwww 223)(1 xcRrww M开始段开始段主段主段2211xxRrRr 2211ccwwww 223)(1 xcRrww rxR1r2rRx1Rx2转折截面转折截面外边界外边界内边界内边界M
38、2 2边界层边界层开始段开始段主段主段压强压强 P动量动量 mw流量流量 V动能动能中心速度中心速度 热工过程与设备 第一章 2、自由射流中各运动参数的变化关系（、自由射流中各运动参数的变化关系（阿勃拉阿勃拉 莫维奇莫维奇）（1）主段）主段极角极角 xxRxRtgxo 00 )(4 . 30 xxaRx 由经验式：由经验式：axxxxatg4 . 3)(4 . 300 0R 0 xLxxR 湍流湍流系数系数改错 热工过程与设备 第一章 射流半径射流半径Rx 004 . 34 . 3)(4 . 3axaxxxaRx 经验式：经验式：atg4 . 3 tgxaxRx 04 . 3 tgx 00R代
39、入：代入：04 . 3RaxRx )294. 0(4 . 314 . 3000 RaxRaxRRx0R0 xLxxR 热工过程与设备 第一章 轴心速度轴心速度wc 动量守恒动量守恒294. 0805. 0737. 2000 RaxRRwwxc294. 097. 0RR3.3000 Raxwwxc修修正正：0R0 xLxxR 热工过程与设备 第一章 体积流量体积流量Vx )294. 0(88. 200RaxVVx)294. 0(20. 213. 2000RaxwwVVcx修正：平均流速平均流速 cxxxwRVw257. 02xw质量平均流速质量平均流速 cmww47. 0mw 热工过程与设备 第
40、一章 （2）开始段）开始段294. 097. 000Raxwwc由 0R0 xLxxR转折面 主段 核心区长度核心区长度L（开始段的长度）（开始段的长度） 0wwc）：开始段右端（转折面处294. 097. 010RaLaRL0676. 0 热工过程与设备 第一章 0R0 xLxxR转折面 主段 喷嘴出口断面至极点距离喷嘴出口断面至极点距离 0 xaRaRtgRx0000294. 04 . 3 核心收缩角核心收缩角 aaRRLRtg48. 1676. 0000 热工过程与设备 第一章 2000,)(22. 298. 21RaxRaxVVx 核心区流量核心区流量 ,xV体积流量体积流量 xV20
41、00, ,)(90. 074. 3RaxRaxVVx 边界层内流量边界层内流量 , ,xV2000)(32. 176. 01RaxRaxVVx 总体积流量总体积流量 xV 热工过程与设备 第一章 截面平均速度截面平均速度 ,xw2002000,)(56.118 . 61)(32. 176. 01RaxRaxRaxRaxwwx 热工过程与设备 第一章 3、矩形射流及平面射流、矩形射流及平面射流（1）矩形射流）矩形射流气体从气体从矩形截面出口矩形截面出口喷出的射流喷出的射流折算为截折算为截面相等的面相等的圆截面圆截面平面射平面射流流 热工过程与设备 第一章 （2）平面射流）平面射流气体从气体从狭长
42、缝隙狭长缝隙中喷出的射流。中喷出的射流。 热工过程与设备 第一章 P33，表，表1-7 热工过程与设备 第一章 4、温差射流及浓差射流、温差射流及浓差射流射流的周围气体的射流的周围气体的温度和密度温度和密度与喷射气体不同，使与喷射气体不同，使自由射流的温度和浓度发生变化。自由射流的温度和浓度发生变化。 喷射气体与周围气体混合喷射气体与周围气体混合 发生发生热量、质量交换热量、质量交换温度边界层比速度边界温度边界层比速度边界层发展快层发展快简化简化：温度、浓度边界层与速度边界层一致温度、浓度边界层与速度边界层一致。 23)(1xcccRrwwCCTT 热工过程与设备 第一章 （1）轴心温差和轴心
43、浓差）轴心温差和轴心浓差：射流与周围温差较小时：射流与周围温差较小时：294. 0706. 0 oocRaxTT294. 0706. 0 oocRaxCC*下标下标c：轴心：轴心 下标下标o：出口处：出口处：射流与周围温差较大时：射流与周围温差较大时：ococwwTT729. 0 热工过程与设备 第一章 （2）射流弯曲）射流弯曲射流与周围气体密度不等，重力、浮力不平衡造成。射流与周围气体密度不等，重力、浮力不平衡造成。射流直线水平射流直线水平 热射流，热射流，a 射流向上弯曲射流向上弯曲冷射流，冷射流，a 射流向下弯曲射流向下弯曲 热工过程与设备 第一章 射流垂直射流垂直 不弯曲不弯曲 垂直向上垂直向上垂直向下垂直向下热射流热射流冷射流冷射流射流即不水平又不垂直射流即不水平又不垂直 热工过程与设备 第一章 （二）受限射流（二）受限射流（三）常见的特殊射流（三）常见的特殊射流（四）旋转射流（四）旋转射流
