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1、LIUTI LIXUE BENG YU FENGJI 1第 一 部 分 流 體 力 學6 孔 口 、 管 嘴 出 流 和氣 體 射 流 2 【 知 識 點 】孔 口 出 流 ， 管 嘴 出 流 ， 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 ， 溫 差或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 ?！?能 力 目 標 】掌 握 ： 孔 口 、 管 嘴 自 由 出 流 與 淹 沒 出 流 的 特 點 及 計 算方 法 ， 作 用 水 頭 的 含 義 ； 氣 體 紊 流 射 流 的 基 本 特 性 。理 解 ： 圓 截 面 、 平 面 射 流 主 體 段 運 動 參 數(shù) 的 意 義 及 計算 ； 溫 差 與

2、 濃 差 射 流 的 特 性 。6 孔 口 、 管 嘴 出 流 和 氣 體 射 流 3 在 實 際 工 程 中 ， 除 了 涉 及 大 量 的 管 路 計 算 問 題 外 ， 研究 流 體 經 孔 口 、 管 嘴 出 流 與 氣 體 射 流 ， 對 供 熱 通 風 與空 調 工 程 也 具 有 很 大 的 實 用 意 義 。 例 如 ， 在 通 風 與 空調 工 程 中 ， 通 過 風 口 或 頂 棚 的 多 孔 板 向 室 內 送 風 ， 自然 通 風 中 空 氣 通 過 門 窗 的 流 量 計 算 ； 供 熱 工 程 中 ， 管道 內 設 置 的 調 壓 板 及 孔 板 流 量 計 算 ，

3、 都 屬 于 這 類 流 動 。本 章 應 用 流 體 力 學 的 基 本 原 理 ， 結 合 流 體 運 動 的 具 體條 件 ， 研 究 孔 口 、 管 嘴 及 氣 體 射 流 的 運 動 規(guī) 律 及 計 算方 法 。 6 孔 口 、 管 嘴 出 流 和 氣 體 射 流 4 6.1 孔 口 出 流1 6.2 管 嘴 出 流2 6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流3 6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲4 6 孔 口 、 管 嘴 出 流 和 氣 體 射 流 5 在 容 器 側 壁 或 底 部 開 孔 ， 容 器 內 的 流 體 經 孔 口 流 出 的流 動 現(xiàn) 象

4、 ， 稱 為 孔 口 出 流 。孔 口 出 流 時 ， 如 圖 6.1所 示 ， 孔 口 具 有 很 薄 的 邊 緣 ， 流體 與 孔 壁 接 觸 僅 是 一 條 周 線 ， 孔 的 壁 厚 對 出 流 無 影 響 ，這 樣 的 孔 口 稱 為 薄 壁 孔 口 。 反 之 ， 稱 為 厚 壁 孔 口 。根 據(jù) 液 面 至 側 壁 孔 口 中 心 的 深 度 H與 孔 口 高 d的 比 值（ d/H） ， 將 孔 口 分 為 大 孔 口 與 小 孔 口 兩 類 ：若 dH/10， 這 種 孔 口 稱 為 小 孔 口 ， 這 種 情 況 可 認 為 孔口 斷 面 上 各 點 的 水 頭 都 相 等

5、 ， 各 點 的 流 速 相 同 。若 dH/10， 則 稱 為 大 孔 口 ， 計 算 中 應 考 慮 孔 口 斷 面 上不 同 高 度 的 水 頭 不 相 等 ， 因 此 流 速 也 是 變 化 的 。 6.1 孔 口 出 流 6 經 孔 口 出 流 的 流 體 與 周圍 的 靜 止 流 體 是 屬 于 同一 相 時 ， 這 種 孔 口 出 流稱 為 淹 沒 出 流 。 如 果 不是 同 一 相 時 ， 則 屬 于 自由 出 流 ， 例 如 從 水 箱 側壁 孔 口 流 出 的 水 流 如 進入 空 氣 中 就 是 自 由 出 流 。孔 口 出 流 時 ， H不 隨 時 間變 化 時 ，

6、稱 為 恒 定 出 流 。反 之 ， 稱 為 非 恒 定 出 流 。本 節(jié) 討 論 在 恒 定 流 條 件下 ， 流 體 通 過 圓 形 薄 壁小 孔 的 出 流 規(guī) 律 。 圖6.1 孔口自由出流6.1 孔 口 出 流 7 如 圖 6.1所 示 ， 水 箱 中 水 流 從 各 個 方 向 趨 進 孔 口 ， 由于 水 流 運 動 的 慣 性 ， 流 線 只 能 以 光 滑 的 曲 線 逐 漸 彎 曲 ，因 此 在 孔 口 斷 面 上 流 線 互 不 平 行 ， 而 使 水 流 在 出 口 后繼 續(xù) 形 成 收 縮 ， 直 到 距 孔 口 約 為 d/2處 收 縮 完 畢 ， 流 線在 此 趨

7、 于 平 行 ， 這 一 斷 面 稱 為 收 縮 斷 面 ， 如 圖 6.1中 的c-c斷 面 。設 收 縮 斷 面 c-c處 的 過 流 斷 面 面 積 為 Ac， 孔 口 的 面 積 為 A， 則 兩 者 的 比 值 反 映 了 水 流 經 過 孔 口 后 的 收 縮 程 度 ， 稱 為 收 縮 系 數(shù) ， 以 符 號 表 示 ， 即 。AA c AAc 6.1 孔 口 出 流 8 為 了 計 算 流 體 經 小 孔 口 出 流 的 流 速 和 流 量 ， 現(xiàn) 以 通 過孔 口 中 心 的 水 平 面 為 基 準 面 ， 列 出 水 箱 水 面 1-1與 收 縮斷 面 c-c的 能 量 方

8、 程 式式 中 孔 口 的 局 部 水 頭 損 失 ， 而 且 p0=pc=pa，令 0=c=1.0， 則 有令 ， 代 入 上 式 整 理 得 jccc hgvpgvpH 22 22000 gvh ccj 22 gvgvH cc 2)1(2 220 gvHH 2200 6.1 孔 口 出 流 9 收 縮 斷 面 流 速 （ 式 6.1）孔 口 出 流 量 （ 式 6.2）式 中 H0孔 口 的 作 用 水 頭 ， 如 v00， 則 H0H； c孔 口 的 局 部 阻 力 系 數(shù) ， 根 據(jù) 實 測 ， 對 圓 形薄 壁 小 孔 口 c=0.06； 孔 口 的 流 速 系 數(shù) ， 從 公 式

9、可 得 ，對 圓 形 薄 壁 小 孔 口 c=0.06， 所 以 00 221 1 gHgHv cc 00 22 gHAgHAAvQ cc c 1 197.006.01 11 1 c 6.1 孔 口 出 流 10 孔 口 的 流 量 系 數(shù) ， 根 據(jù) 實 測 ， 對 于 圓 形 薄 壁 小孔 口 =0.620.64， =0.600.62； A孔 口 面 積 ， m2； Q孔 口 出 流 的 流 量 ， m3/s。式 （ 6.1） 、 （ 6.2） 即 為 圓 形 薄 壁 小 孔 口 恒 定 出 流 的基 本 公 式 。 6.1 孔 口 出 流 11 如 前 所 述 ， 當 液 體 從 孔 口

10、直 接 流 入 另 一 個 充 滿 相 同液 體 的 空 間 時 稱 之 為 淹 沒出 流 ， 如 圖 6.2所 示 。 同 孔 口 自 由 出 流 一 樣 ， 由于 慣 性 作 用 ， 水 流 經 孔 口后 仍 然 形 成 收 縮 斷 面 ， 然后 擴 大 。 孔 口 淹 沒 出 流 與自 由 出 流 的 不 同 之 處 在 于孔 口 兩 側 都 有 一 定 的 液 體深 度 ， 因 而 作 用 水 頭 有 所不 同 。圖6.2 孔口淹沒出流6.1 孔 口 出 流 12 現(xiàn) 以 通 過 孔 口 形 心 的 水 平 面 作 為 基 準 面 ， 列 出 水 箱 兩側 水 面 1-1與 2-2斷

11、面 的 能 量 方 程 式由 于 p1=p2=pa， 取 1=2=1.0， 忽 略 兩 斷 面 之 間 的 沿 程水 頭 損 失 ， 而 局 部 損 失 包 括 孔 口 的 局 部 損 失 和 收 縮 斷面 之 后 突 然 擴 大 的 局 部 水 頭 損 失 ， 設 它 們 的 局 部 阻 力系 數(shù) 分 別 為 和 ， 則 水 頭 損 失 c k gvhh ckcjw 2)( 2 whgvpHgvpH 22 2222221111 6.1 孔 口 出 流 13 將 上 述 已 知 條 件 代 入 能 量 方 程 式 得為 孔 口 淹 沒 出 流 的 作 用 水 頭 。 上 式 可 寫 為 ：gv

12、gvHgvH ckc 2)(22 2222211 )22()( 2221210 gvgvHHH gvH ckc 2)( 20 021 gHv kcc （式6.3） 6.1 孔 口 出 流 14 則 孔 口 淹 沒 出 流 的 流 量 為 （ 式 6.4）式 中 孔 口 處 的 局 部 阻 力 系 數(shù) ； 流 體 在 收 縮 斷 面 之 后 突 然 擴 大 的 局 部 阻 力系 數(shù) 。由 于 2-2斷 面 遠 大 于 c-c斷 面 ， 所 以 突 然 擴 大 局 部 阻 力系 數(shù)于 是 021 gHAAvAvQ kcccc ck 1)1( 22 AAck ckc 1 11 6.1 孔 口 出 流

13、 15 為 淹 沒 出 流 的 流 速 系 數(shù) 。 對 比 自 由 出 流 在 孔 口 形狀 尺 寸 相 同 的 情 況 下 ， 其 值 相 等 ， 但 其 含 義 有 所 不 同 。對 照 自 由 出 流 的 計 算 公 式 ， =， 為 淹 沒 出 流 的 流量 系 數(shù) 。 式 （ 6.4） 可 寫 成 ： 上 式 為 水 箱 上 下 游 液 面 壓 強 為 大 氣 壓 強 (即 為 敞 口 容 器時 )淹 沒 出 流 的 計 算 公 式 。 式 中 作 用 水 頭 在 水 箱 斷 面 較大 時 (如 v1= v20)， 等 于 水 箱 兩 側 液 面 總 水 頭 之 差 。 但如 果 上

14、 下 游 水 箱 液 面 壓 強 不 等 于 大 氣 壓 (為 封 閉 容 器 時 )， 式 中 的 作 用 水 頭 。 式 中 其 他 符 號 的 意 義 同 式 (6.1)、 式 (6.2)。 02gHAQ （式6.5）)()( 21210 ppHHH 6.1 孔 口 出 流 16 氣 體 出 流 一 般 為 淹 沒 出 流 ， 流 量 計 算 與 式 (6.5)相 同 ， 但式 中 要 用 壓 強 差 代 替 水 頭 差 。 公 式 應 變 為 ： （ 式 6.6）p0如 同 式 （ 6.5） 中 的 H0， 是 促 使 出 流 的 全 部 能 量由 于 v1、 v2一 般 比 較 接

15、近 ， 故 式 中 A孔 口 面 積 ， m 2； Q通 過 孔 口 的 流 量 ， m3/s。 02 pAQ 2 )()( 222211210 vvppp )( 210 ppp )(22 210 ppApAQ （式6.7） 6.1 孔 口 出 流 17 6.1.3.1 孔 板 送 風孔 板 送 風 是 將 處 理 過 的 清 潔 空 氣用 風 機 送 到 房 間 頂 部 的 夾 層 空 間 ，并 使 夾 層 內 的 壓 強 比 房 內 的 壓 強大 ， 夾 層 內 的 空 氣 通 過 布 置 在 房頂 頂 棚 上 的 小 圓 孔 流 到 房 內 ， 達到 凈 化 房 內 空 氣 的 目 的

16、?！?例 題 6.1】 若 頂 棚 上 布 置 有 直 徑d=1cm的 小 孔 N=500個 ， 所 送 空 氣的 溫 度 t=20 （ 此 時 =1.2kg/m3） ，夾 層 內 壓 強 比 房 內 大 200Pa。 求 孔 口的 出 流 速 度 和 向 房 間 的 送 風 量 。(=0.97， =0.6)圖6.3 孔板送風6.1 孔 口 出 流 18 6.1.3.2 自 然 通 風 量 的 計 算由 于 室 內 熱 源 等 因 素 的 影 響 ， 廠 房 內 空 氣 的 溫 度 ， 一 般 高 于 室 外 空 氣 的 溫 度 ， 即 室 外 空 氣 的 密 度 大 于 室 內 空 氣 的

17、密 度 ， 因 而 會 產 生 引 起 空 氣 流 動 的 壓 強 差 。 在 此 壓 差 作 用 下 ， 冷 空 氣 由 底 部 側 窗 流 入 ， 經 過 室 內 熱 源 加 熱 之 后 ，熱 空 氣 從 上 部 天 窗 排 出 ， 從 而 形 成 室 內 空 氣 的 不 斷 對 流 。這 種 由 空 氣 本 身 溫 度 變 化 所 引 起 的 換 氣 現(xiàn) 象 ， 稱 為 建 筑物 的 自 然 通 風 。圖6.4 廠房自然通風6.1 孔 口 出 流 19 從 圖 6.4中 可 以 看 出 ， 當 空 氣 從 側 窗 流 入 廠 房 時 ， 室 外 空 氣的 壓 強 必 須 大 于 室 內

18、空 氣 壓 強 ； 而 空 氣 從 廠 房 上 部 天 窗 排出 時 ， 室 內 空 氣 壓 強 則 必 須 大 于 室 外 空 氣 壓 強 。 這 就 是 說 ，室 內 空 氣 壓 強 相 對 室 外 空 氣 壓 強 是 一 個 由 小 到 大 的 連 續(xù) 變化 過 程 。 因 此 ， 在 室 內 某 一 高 度 必 然 會 有 一 個 與 室 外 空 氣壓 強 相 等 的 等 壓 面 0-0。 設 該 等 壓 面 距 進 風 窗 中 心 的 高 度 為h1， 距 排 風 窗 中 心 的 高 度 為 h2， 進 、 排 風 窗 中 心 的 高 差 為H； 室 內 空 氣 的 密 度 為 n，

19、 室 外 空 氣 的 密 度 為 w。進 風 窗 內 外 空 氣 的 壓 強 差排 風 窗 內 外 空 氣 的 壓 強 差 111 )( ghghghp nwnwj 222 )()( ghghghp nwwnP 6.1 孔 口 出 流 20 然 后 可 利 用 氣 體 孔 口 淹 沒 出 流 計 算 公 式 求 出 自 然 通 風 的 以重 量 流 量 來 表 示 的 通 風 風 量 式 中 G流 經 進 風 窗 或 排 風 窗 空 氣 的 重 量 流 量 ， N/s； Q流 經 進 風 窗 或 排 風 窗 空 氣 的 體 積 流 量 ， m3/s； 流 量 系 數(shù) ； A進 風 窗 或 排

20、風 窗 的 窗 口 面 積 ， m2； p進 風 窗 或 排 風 窗 內 外 空 氣 的 壓 強 差 ， Pa； 計 算進 風 量 時 ， 應 采 用 pj計 算 ； 計 算 排 風 量 時 采 用 pp； 空 氣 的 密 度 ， kg/m 3； 計 算 進 風 量 時 應 采 用 w；計 算 排 風 量 時 應 采 用 n。 6.1 孔 口 出 流 21 6.2管 嘴 出 流在 孔 口 上 對 接 一 段 長 度 為L=(3 4)d的 圓 形 短 管 ，如 圖 6.5所 示 ， 即 形 成 管嘴 ， 流 體 經 過 管 嘴 流 出 的現(xiàn) 象 稱 為 管 嘴 出 流 。 本 節(jié)將 對 圓 柱

21、形 外 管 嘴 出 流 作出 分 析 。圖6.5 圓柱形管嘴出流6.2 管 嘴 出 流 22 如 同 孔 口 出 流 一 樣 ， 當 流 體 從 各 方 向 匯 集 并 流 人 管 嘴以 后 ， 由 于 慣 性 作 用 ， 流 股 也 要 發(fā) 生 收 縮 ， 從 而 形 成收 縮 斷 面 c-c。 在 收 縮 斷 面 流 體 與 管 壁 脫 離 ， 并 伴 有 旋渦 產 生 ， 然 后 流 體 逐 漸 擴 大 充 滿 整 個 斷 面 滿 管 流 出 。由 于 收 縮 斷 面 是 封 閉 在 管 嘴 內 部 (這 一 點 和 孔 口 出 流 完全 不 同 )， 會 產 生 負 壓 ， 出 現(xiàn) 管

22、 嘴 出 流 時 的 真 空 現(xiàn) 象 。以 通 過 管 嘴 中 心 的 水 平 面 為 基 準 面 ， 列 出 水 箱 水 面 A-A和 管 嘴 出 口 B-B斷 面 的 能 量 方 程 式 ： gvgvpzgvpz BBBBBAAAA 222 222 6.2 管 嘴 出 流 23 由 于 zA=H， zB=0， 取 動 能 修 正 系 數(shù) A=B=1.0， 代 入上 式 得設 作 用 水 頭 ， pA=pB= pa代 入 上 式 整 理 得所 以 gvgvpgvpH BBBAA 222 222 gvHH A220 gvH B2)1( 20 00 2211 gHgHvB 00 22 gHAgH

23、AAvQ B （式6.9）（式6.10） 6.2 管 嘴 出 流 24 式 中 H0管 嘴 出 流 的 作 用 水 頭 ， 如 果 流 速 vA很 小時 ， 可 近 似 認 為 H0=H；管 嘴 局 部 阻 力 系 數(shù) ， 由 于 管 嘴 的 局 部 阻 力 主 要 是管 嘴 進 口 的 阻 力 ， 它 相 當 于 邊 緣 尖 銳 的 管 道 入 口 的 情況 ， 從 第 4章 常 用 局 部 損 失 系 數(shù) 圖 中 查 得 銳 緣 進 口=0.5； 管 嘴 流 速 系 數(shù) ， ；管 嘴 流 量 系 數(shù) ， 因 管 嘴 出 口 斷 面 無 收 縮=0.82。以 上 式 （ 6.9） 及 式 （

24、 6.10） 就 是 管 嘴 自 由 出 流 流 速 與流 量 的 計 算 公 式 。 82.05.01 111 6.2 管 嘴 出 流 25 如 果 把 圓 柱 形 外 管 嘴 與 薄 壁 圓 形 小 孔 口 加 以 比 較 ， 設兩 者 的 作 用 水 頭 相 等 ， 并 且 管 嘴 的 過 流 斷 面 積 與 孔 口的 過 流 斷 面 積 也 相 等 ， 則即 管 嘴 出 流 的 流 量 比 孔 口 出 流 的 流 量 增 大 至 少 32%。為 什 么 會 出 現(xiàn) 在 上 述 管 嘴 出 流 流 量 較 大 的 情 況 呢 ？ 下面 來 進 行 一 下 分 析 。仍 以 通 過 管 嘴

25、 中 心 水 平 面 為 基 準 面 ， 列 出 收 縮 斷 面 c-c與 出 口 斷 面 B-B的 能 量 方 程 式 ：6.2 管 嘴 出 流 32.162.0 82.022 00 gHA gHAQQ孔嘴孔嘴 wBBBccc hgvpgvp 22 22 26 則式 中 m是 對 應 于 擴 大 后 流 速 水 頭 的 局 部 阻 力 系 數(shù) ，根 據(jù) 第 4章 第 7節(jié) 的 結 論 ， ， Ac是 收 縮 斷 面面 積 ， A是 管 嘴 的 斷 面 面 積 。 而 ， 所 以 。 在 上 述 能 量 方 程 式 中 ， pB= pa，c=B=1.0， 所 以 wBBcccB hgvgvpp

26、 22 22 gvdh Bw 2)L 2m （管嘴內沿程損失突然擴大局部損失2)1( cm AA 1cAA2)11( m BBcc vvAAv 1 6.2 管 嘴 出 流 27 則 能 量 方 程 可 以 寫 為從 （ 6.9） 式 中 可 得 ， 因 此當 =0.64， =0.02， ， =0.82時 ， 代 入 上 式 ，得 gvdlgvgvgvpp BBBBca 22)11(221 222222 gvdlpp Bca 2)11(11 222 0222 HgvB 0222 )11(11 Hdlpp ca 3dl 075.0 Hpp ca （式6.11） 6.2 管 嘴 出 流 28 式 （

27、 6.11） 即 為 圓 柱 形 外 管 嘴 在 收 縮 斷 面 產 生 真 空 度的 數(shù) 學 表 達 式 。 該 式 表 明 圓 柱 形 外 管 嘴 在 收 縮 斷 面 出現(xiàn) 的 真 空 度 ， 可 以 達 到 管 嘴 作 用 水 頭 的 0.75倍 ， 而 且H0愈 大 ， 收 縮 斷 面 上 的 真 空 值 亦 愈 大 ， 其 效 果 相 當 于把 管 嘴 的 作 用 水 頭 增 大 了 75 ， 所 以 盡 管 管 嘴 出 流 的阻 力 要 大 于 孔 口 出 流 ， 但 管 嘴 出 流 的 流 量 要 比 孔 口 出流 大 得 多 ， 因 此 管 嘴 出 流 在 工 程 上 應 用

28、較 廣 。但 是 要 注 意 ， 管 嘴 收 縮 斷 面 上 的 真 空 值 是 有 一 定 限 制的 ， 當 真 空 值 達 到 7.0 8.0mH2O時 ， 常 溫 下 的 水 就會 發(fā) 生 汽 化 而 不 斷 產 生 氣 泡 ， 破 壞 了 連 續(xù) 流 動 ， 同 時在 較 大 的 氣 壓 差 作 用 下 ， 空 氣 從 管 嘴 出 口 被 吸 如 真 空區(qū) ， 使 收 縮 斷 面 真 空 遭 到 破 壞 ， 此 時 管 嘴 已 不 能 保 持滿 管 出 流 。 6.2 管 嘴 出 流 29 因 此 要 保 持 管 嘴 的 正 常 出 流 ， 收 縮 斷 面 的 真 空 值 必 須要 控

29、 制 在 7mH20以 下 ， 所 以 圓 柱 形 外 管 嘴 的 作 用 水 頭 這 是 管 嘴 正 常 工 作 的 條 件 之 一 。另 外 管 嘴 的 長 度 也 有 一 定 要 求 ， 長 度 大 阻 力 也 相 應 增大 ， 這 會 使 出 流 量 減 少 。 但 太 短 ， 水 流 收 縮 后 來 不 及擴 大 到 滿 管 出 流 ， 收 縮 斷 面 就 不 能 被 封 閉 在 管 嘴 中 形成 真 空 ， 因 此 一 般 取 管 嘴 長 度 為 L=(3 4)d， 這 是 外 管嘴 能 夠 正 常 工 作 的 另 一 個 條 件 。 mH2O3.975.070 H6.2 管 嘴

30、出 流 30 除 了 圓 柱 形 外 管 嘴 之 外 ， 工 程 中 還 用 到 一 些 其 他 類 型的 管 嘴 ， 對 于 這 些 管 嘴 的 出 流 ， 其 流 速 、 流 量 的 計 算公 式 與 圓 柱 形 外 管 嘴 形 式 是 相 同 的 ， 但 流 速 系 數(shù) 、 流量 系 數(shù) 各 不 相 同 。 下 面 介 紹 幾 種 工 程 上 常 用 的 管 嘴 。(1) 流 線 形 管 嘴 如 圖 6.6(a)， 這 種 管 嘴 的 外 形 符 合 流線 形 狀 ， 因 此 水 頭 損 失 較 小 ， 其 流 速 系 數(shù) 和 流 量 系 數(shù)=0.970.98， 它 適 用 于 要 求

31、流 量 大 而 水 頭 損 失 小 ，出 口 斷 面 上 速 度 分 布 均 勻 的 場 合 。 6.2 管 嘴 出 流 31 (2) 收 縮 圓 錐 形 管 嘴 如 圖 6.6(b)， 其 外 形 呈 圓 錐 收 縮狀 ， 這 種 管 嘴 可 以 得 到 高 速 而 密 集 的 射 流 。 其 流 量 系數(shù) 和 流 速 系 數(shù) 與 圓 錐 收 縮 角 口 有 關 ， 當 =32 24時 ，=0.96， =0.94， 達 到 最 大 值 。 適 用 于 要 求 加 大 噴 射速 度 的 場 合 。 如 消 防 水 槍 、 水 力 噴 沙 管 、 射 流 泵 等 。(3) 擴 大 圓 錐 形 管

32、 嘴 如 圖 6.6(c)， 其 外 形 呈 圓 錐 擴 張狀 ， 這 種 管 嘴 可 以 得 到 分 散 而 流 速 小 的 射 流 。 其 流 速系 數(shù) 與 流 量 系 數(shù) 與 圓 錐 擴 張 角 有 關 ， 當 =5 7 時 ，=0.420.50。 它 適 用 于 把 部 分 動 能 轉 化 為 壓 能 ，加 大 流 量 的 場 合 。 如 引 射 器 的 擴 壓 管 、 水 輪 機 的 尾 水管 、 擴 散 形 送 風 口 等 。6.2 管 嘴 出 流 32【 例 題 6.2】 水 從 封 閉 的 容 器 中 經 管 嘴 流 入 敞 口 水 池 中 ，如 圖 6.7所 示 ， 已 知

33、管 嘴 的 直 徑 10cm， 容 器 與 水 池 中 水 面高 差 h=2m， 封 閉 容 器 液 面 相 對 壓 強 為 49.05kPa， 試 求 流經 管 嘴 的 流 量 是 多 少 ？ 圖6.6 各種常用管嘴 圖6.7 管嘴計算例題 6.2 管 嘴 出 流 33 6.3無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流流 體 經 孔 口 或 管 嘴 流 出 ， 流 人 另 一 部 分 流 體 介 質 中 的流 動 現(xiàn) 象 ， 稱 為 射 流 。在 供 熱 通 風 與 空 調 工 程 中 ， 對 所 遇 射 流 可 進 行 如 下 簡單 分 類 。依 照 射 流 的 流 體 種 類 ， 有 氣 體

34、 射 流 和 液 體 射 流 。按 射 流 與 射 流 流 入 空 間 的 流 體 是 否 同 相 ， 有 淹 沒 射 流和 自 由 射 流 。按 照 出 流 空 間 大 小 、 對 射 流 的 流 動 是 否 有 影 響 ， 有 無限 空 間 射 流 和 有 限 空 間 射 流 。 當 流 動 空 間 很 大 ， 射 流基 本 不 受 周 圍 固 體 邊 壁 的 影 響 ， 稱 為 無 限 空 間 射 流 。 6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 34 按 照 噴 口 形 狀 ， 又 可 分 為 圓 射 流 、 矩 形 射 流 和 條 縫 射流 。 圓 形 射 流 是 軸 對 稱

35、射 流 。 如 矩 形 噴 口 的 長 短 邊 之比 （ a： b） 不 超 過 3： 1時 ， 矩 形 射 流 能 夠 迅 速 發(fā) 展 為圓 形 射 流 ， 只 需 要 根 據(jù) 當 量 直 徑 ， 就 可 采 用 圓 形 射 流公 式 進 行 計 算 。 當 矩 形 噴 口 長 短 邊 之 比 超 過 10： 1時 ，就 屬 于 條 縫 射 流 ， 條 縫 射 流 又 稱 為 平 面 射 流 。按 照 射 流 的 流 態(tài) ， 有 層 流 射 流 和 紊 流 射 流 。 氣 體 淹 沒射 流 的 流 態(tài) 一 般 都 是 紊 流 ， 層 流 射 流 幾 乎 是 不 存 在 的 。 6.3 無 限

36、 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 35 本 節(jié) 討 論 無 限 空 間 氣 體 紊 流 淹 沒 射 流 ， 簡 稱 氣 體 紊 流射 流 。 這 里 需 要 指 出 的 是 ， 射 流 與 周 圍 氣 體 溫 度 相 同 。本 節(jié) 主 要 研 究 氣 體 紊 流 射 流 的 運 動 規(guī) 律 。6.3.1.1 射 流 的 形 成 與 結 構現(xiàn) 以 無 限 空 間 中 圓 形 斷 面 紊 流 射 流 為 例 ， 分 析 射 流 的運 動 情 況 。 圖 6.8 射 流 的 結 構當 氣 體 從 孔 口 或 管 嘴 以 一 定 的 流 速 噴 出 后 ， 由 于 射 流為 紊 流 流 態(tài) ， 紊 流

37、 的 橫 向 脈 動 造 成 射 流 與 周 圍 氣 體 發(fā)生 動 量 交 換 ， 從 而 把 相 鄰 的 靜 止 流 體 卷 吸 到 射 流 中 來 ，兩 者 一 起 向 前 運 動 ， 于 是 射 流 的 過 流 斷 面 沿 程 不 斷 擴大 ， 流 量 不 斷 增 加 。6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 36圖6.8 射流的結構 6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 37 射 流 的 動 量 交 換 和 卷 吸 作 用 是 從 外 向 內 逐 漸 發(fā) 展 的 ，在 距 噴 口 斷 面 距 離 較 短 的 范 圍 內 ， 射 流 中 心 的 氣 體 還沒 來 得 及

38、 與 周 圍 氣 體 相 互 作 用 ， 仍 保 持 原 噴 口 流 速 的區(qū) 域 ， 稱 為 射 流 核 心 ， 如 圖 6.8所 示 的 AOD部 分 。 而射 流 核 心 以 外 的 區(qū) 域 流 速 小 于 v0， 稱 為 邊 界 層 。 由 于卷 吸 的 不 斷 加 強 ， 參 與 動 量 交 換 的 氣 體 數(shù) 量 不 斷 增 加 。射 流 邊 界 層 的 范 圍 從 噴 口 沿 射 流 方 向 不 斷 擴 大 ， 射 流核 心 區(qū) 沿 程 不 斷 減 小 ， 如 圖 所 示 到 達 距 噴 口 sn處 ， 也就 是 斷 面 BOE處 ， 邊 界 層 擴 展 到 射 流 軸 心 ，

39、射 流 核 心消 失 ， 這 個 斷 面 稱 為 過 渡 斷 面 或 臨 界 斷 面 。以 過 渡 斷 面 為 界 ， 從 噴 口 到 過 渡 斷 面 稱 為 射 流 的 起 始段 。 過 渡 斷 面 以 后 的 射 流 稱 為 射 流 主 體 段 。 起 始 段 射流 軸 心 的 速 度 都 為 v0， 而 主 體 段 軸 心 速 度 沿 x方 向 不斷 下 降 。 6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 38 6.3.1.2 射 流 的 特 征根 據(jù) 實 驗 ， 紊 流 射 流 的 基 本 特 征 主 要 表 現(xiàn) 在 以 下 三 個方 面 ：（ 1） 幾 何 特 征無 限 空 間

40、淹 沒 紊 流 射 流 由 于 不 受 周 圍 固 體 邊 壁 的 影 響 ，從 圖 6.8可 以 看 出 ， 射 流 的 外 邊 界 呈 直 線 狀 擴 散 ， 兩 條邊 界 線 ABC與 DEF延 長 交 于 噴 口 內 M點 ， 該 點 稱 為 射流 的 極 點 。 兩 邊 界 線 夾 角 的 一 半 稱 為 射 流 的 極 角 或 擴散 角 ， 以 符 號 表 示 。從 噴 口 軸 心 延 長 的 x軸 方 向 為 圓 斷 面 射 流 的 對 稱 軸 ，射 流 任 一 斷 面 的 軸 心 到 邊 界 線 的 距 離 為 該 截 面 的 半 徑R（ 對 平 面 射 流 稱 為 半 高 度

41、 b） 。 射 流 的 任 一 斷 面 的 半徑 (或 半 高 度 )與 該 斷 面 到 極 點 的 距 離 成 正 比 。6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 39 射 流 極 角 的 大 小 與 紊 流 強 度 和 噴 口 斷 面 的 形 狀 有 關 ，可 用 下 式 計 算 （ 式 6.12） 式 中 射 流 的 極 角 ； a紊 流 系 數(shù) ， 該 值 取 決 于 噴 口 結 構 形 式 和 氣 流經 過 噴 口 時 受 擾 動 的 程 度 ； 噴 口 形 狀 系 數(shù) ， 對 圓 形 噴 口 =3.4 (對 矩 形噴 口 只 要 噴 口 長 短 邊 比 不 超 過 3： 1時

42、 ， 也 可 以 按 圓 形噴 口 計 算 )； 對 條 縫 形 噴 口 =2.44。從 上 式 可 以 看 出 ， 射 流 極 角 的 大 小 取 決 于 紊 流 系 數(shù) ，紊 流 強 度 越 大 ， 射 流 卷 吸 能 力 越 強 ， 被 帶 入 射 流 的 周圍 氣 體 數(shù) 量 越 多 ， 擴 散 角 也 相 應 增 大 。 atan6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 40 表 6.1中 列 出 了 常 用 噴 口 的 紊 流 系 數(shù) 和 相 應 的 擴 散 角 。表6.1 常用噴口的紊流系數(shù)、擴散角6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 41 當 擴 散 角 確 定

43、 后 ， 射 流 邊 界 相 應 也 被 確 定 ， 因 此 射 流只 能 以 這 樣 的 擴 散 角 作 擴 散 運 動 。 即 射 流 各 斷 面 的 半徑 (對 平 面 射 流 為 半 高 度 )是 成 比 例 的 ， 這 就 是 射 流 的幾 何 特 征 。根 據(jù) 這 一 特 征 ， 就 可 以 計 算 圓 斷 面 射 流 各 斷 面 半 徑 沿射 程 的 變 化 規(guī) 律 ， 對 照 圖 6.8有以 直 徑 表 示 )294.0(4.34.31tan/1 000000 rasrsar sx sxrR )147.0(8.6 00 rasdD（式6.14） 6.3 無 限 空 間 淹 沒

44、紊 流 射 流 42 （ 2） 運 動 特 征由 于 紊 流 射 流 質 點 的 橫 向 脈 動 ， 使 射 流 的 質 點 與 周 圍氣 體 發(fā) 生 動 量 交 換 ， 從 而 把 周 圍 氣 體 帶 入 射 流 ， 隨 同射 流 一 起 向 前 運 動 。 這 種 卷 吸 作 用 會 造 成 射 流 各 斷 面的 半 徑 和 流 量 隨 射 程 的 逐 漸 增 大 而 增 大 ， 而 流 速 逐 漸減 小 。 在 射 流 主 體 段 各 斷 面 流 速 分 布 也 不 相 同 ， 沿 射流 流 程 ， 軸 心 流 速 逐 漸 減 小 ， 流 速 分 布 圖 扁 平 化 ， 這是 射 流 和

45、 管 道 流 動 的 不 同 之 處 。 6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 43 就 整 個 射 流 而 言 ， 沿 射 程 各 斷 面 上 的 流 速 沿 程 不 斷 衰減 ， 但 卷 吸 進 來 的 流 體 與 射 流 氣 體 之 間 的 動 量 交 換 強度 是 從 外 向 內 逐 漸 減 弱 ， 因 此 各 斷 面 軸 心 處 的 流 速 為最 大 ， 從 軸 心 向 外 ， 流 速 由 最 大 值 逐 漸 減 小 到 零 。 因此 各 斷 面 流 速 分 布 雖 然 不 同 ， 但 對 大 量 實 驗 所 得 數(shù) 據(jù)的 無 因 次 化 整 理 ， 找 出 了 射 流 主

46、 體 段 各 斷 面 的 無 因 次速 度 與 無 因 次 距 離 之 間 具 有 同 一 性 。 在 這 里 無 因 次 速度 ， 是 指 射 流 橫 斷 面 上 任 意 一 點 流 速 u與 同 一 斷 面 上軸 心 流 速 um的 比 值 ， 即同一斷面上軸心流速一點的流速任意一斷面上任意 muu 6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 44 而 無 因 次 距 離 ， 是 指 上 述 射 流 橫 斷 面 上 任 意 一 點 到 軸心 的 距 離 y與 同 一 斷 面 上 射 流 半 徑 R的 比 值 ， 即 射 流 主 體 段 任 一 斷 面 的 無 因 次 速 度 和 無 因

47、 次 距 離 之 間具 有 這 樣 的 相 似 性 上 式 表 明 各 斷 面 速 度 分 布 雖 不 相 同 ， 但 各 斷 面 的 無 因次 速 度 分 布 規(guī) 律 是 相 同 的 。 主 體 段 任 一 斷 面 上 從 軸 心到 外 邊 界 各 點 的 流 速 與 斷 面 軸 心 流 速 之 比 的 變 化 規(guī) 律是 從 10， 而 相 應 各 點 到 軸 心 的 距 離 與 該 斷 面 半 徑 之比 的 變 化 規(guī) 律 是 從 01。 根 據(jù) 這 樣 的 規(guī) 律 ， 只 要 知 道所 求 斷 面 到 噴 口 的 距 離 ， 利 用 幾 何 相 似 的 原 理 求 出 該斷 面 的 半

48、徑 ， 然 后 只 需 求 出 該 斷 面 軸 心 的 流 速 ， 就 可利 用 上 式 求 出 該 斷 面 任 意 一 點 的 氣 流 速 度 。 同一斷面上的射流半徑的點到軸心的距離為橫u斷面上流速Ry 25.1 )1 Ryuum（ (式6.15)6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 45 （ 3） 動 力 特 征實 驗 表 明 ， 在 整 個 射 流 范 圍 內 ， 任 意 一 點 的 壓 強 等 于周 圍 靜 止 氣 體 的 壓 強 。 如 果 任 取 兩 橫 斷 面 間 的 射 流 為控 制 體 ， 分 析 作 用 在 其 上 的 所 有 外 力 ， 因 各 斷 面 上 所

49、受 靜 壓 強 均 相 等 ， 則 控 制 體 上 所 有 的 外 力 之 和 等 于 零 。因 此 ， 根 據(jù) 動 量 方 程 式 可 以 導 出 ， 單 位 時 間 內 射 流 各橫 斷 面 上 的 動 量 相 等 。 這 就 是 氣 體 紊 流 射 流 的 動 力 特征 。 它 是 理 論 上 推 導 射 流 各 運 動 參 數(shù) 計 算 公 式 的 主 要依 據(jù) 。 6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 46 根 據(jù) 射 流 的 結 構 ， 射 流 沿 射 程 可 以 分 為 起 始 段 和 主 體段 兩 部 分 。 表6.2 射流主體段參數(shù)計算公式6.3 無 限 空 間 淹

50、沒 紊 流 射 流 47 圓 截 面 射 流 中 的 運 動 參 數(shù) 有 如 下 幾 個 ：um射 流 主 體 段 任 意 一 斷 面 軸 心 流 速 ， m/s；v0射 流 噴 口 氣 流 流 速 ， m/s； a紊 流 系 數(shù) ；s所 求 斷 面 到 噴 口 的 距 離 ， m；d0噴 口 的 直 徑 ， m； Q射 流 主 體 段 任 一 斷 面 的 流 量 ， m3/s；Q0射 流 噴 口 的 出 流 量 ， m3/s；v 1射 流 主 體 段 斷 面 上 各 點 流 速 的 算 術 平 均 值 ， m/s；v2質 量 平 均 流 速 ， m/s。 6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊

51、流 射 流 48 由 于 v10.2 um， 說 明 斷 面 平 均 流 速 僅 為 同 斷 面 軸 心流 速 的 20 ， 而 在 實 際 工 程 中 使 用 的 往 往 是 靠 近 軸 心的 射 流 區(qū) 。 由 于 斷 面 平 均 流 速 與 軸 心 流 速 相 差 較 大 ，工 程 中 若 按 斷 面 平 均 流 速 進 行 設 計 和 計 算 ， 就 會 導 致有 關 設 備 (如 風 機 )過 大 ， 造 成 不 應 有 的 浪 費 。 所 以 用v1不 能 恰 當 地 反 映 被 使 用 區(qū) 的 速 度 。 為 此 引 入 質 量 平均 流 速 v2， 其 定 義 為 ： 用 v2

52、乘 以 質 量 流 量 Q， 即 得 單位 時 間 內 射 流 任 意 一 斷 面 的 動 量 。 這 時 v20.47 um，因 此 用 v2代 表 使 用 區(qū) 的 流 速 要 比 使 用 v1更 合 適 。 但 必須 要 注 意 ， v1、 v2不 僅 在 數(shù) 值 上 不 同 ， 更 重 要 的 是 定義 上 有 根 本 區(qū) 別 ， 所 以 不 可 混 淆 。6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 49 從 圓 形 噴 口 或 矩 形 噴 口 噴 出 的 射 流 ， 是 以 噴 口 軸 心 延 長 線 為對 稱 軸 的 圓 截 面 軸 對 稱 射 流 。 但 當 矩 形 噴 口 長

53、 短 邊 之 比 超 過10： 1時 ， 從 噴 口 噴 出 的 射 流 只 能 在 垂 直 長 度 的 平 面 上 作 擴散 運 動 。 如 果 條 縫 相 當 長 ， 這 種 流 動 可 視 為 平 面 運 動 ， 故 稱為 平 面 射 流 。平 面 射 流 的 噴 口 高 度 以 2b0 (b0為 噴 口 半 高 度 )表 示 ， 紊 流 系數(shù) a值 見 表 6.1或 查 閱 通 風 空 調 設 計 手 冊 相 關 內 容 。 條 縫 形 噴口 的 形 狀 系 數(shù) =2.44。在 平 面 射 流 的 計 算 公 式 中 b0是 條 縫 噴 口 的 半 高 度 ， 其 余 各 參數(shù) 的 意

54、 義 都 與 圓 截 面 射 流 相 同 ?！?例 題 6.3】 鍛 工 車 間 裝 有 空 氣 淋 浴 （ 即 崗 位 送 風 ） 設 備 ， 已 知送 風 口 距 地 面 的 高 度 為 4.5m， 選 擇 的 風 口 為 帶 有 柵 欄 的 圓 形 風 口 。要 求 離 地 面 1.5m處 造 成 一 個 空 氣 淋 浴 作 用 區(qū) ， 該 區(qū) 直 徑 為 2m，中 心 處 流 速 為 2m/s。 試 求 風 口 直 徑 、 出 口 流 速 及 送 風 量 。 6.3 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 50 6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲在 前 幾 節(jié) 研

55、究 的 射 流 與 周 圍 氣 體 的 溫 度 和 密 度 是 相 同的 。 所 以 射 流 軸 線 與 噴 口 流 速 v0的 方 向 相 同 ， 形 成 一條 直 線 ， 這 種 射 流 稱 為 等 溫 射 流 。 但 在 供 熱 通 風 與 空調 工 程 中 ， 涉 及 到 的 射 流 往 往 與 周 圍 流 體 存 在 著 溫 度差 或 所 含 固 體 顆 粒 及 其 他 物 質 的 濃 度 差 ， 這 類 射 流 稱為 溫 差 射 流 或 濃 差 射 流 。 夏 天 向 房 間 輸 送 冷 空 氣 降 溫 ，冬 天 向 房 間 輸 送 熱 空 氣 取 暖 ， 這 是 溫 差 射 流

56、的 實 例 。向 含 塵 濃 度 高 或 散 發(fā) 大 量 有 害 氣 體 的 生 產 車 間 輸 送 清潔 空 氣 ， 用 以 降 低 粉 塵 或 有 害 氣 體 的 濃 度 ， 改 善 工 作區(qū) 的 環(huán) 境 ， 則 屬 濃 差 射 流 。6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 51 與 周 圍 氣 體 存 在 溫 度 差 或 濃 度 差 的 射 流 ， 當 從 噴 口 高速 噴 出 后 ， 由 于 紊 流 質 點 運 動 的 橫 向 摻 混 ， 射 流 除 了與 周 圍 氣 體 發(fā) 生 動 量 交 換 之 外 ， 還 存 在 著 熱 量 交 換 和濃 度 交 換 。 對 于

57、溫 差 射 流 ， 熱 量 交 換 的 結 果 ， 使 原 來溫 度 較 低 的 氣 體 ， 溫 度 有 所 升 高 ， 而 原 來 溫 度 較 高 的氣 體 ， 溫 度 有 所 下 降 。 所 以 射 流 各 斷 面 上 的 溫 度 分 布是 不 同 的 ， 同 理 ， 射 流 各 斷 面 上 的 濃 度 分 布 也 不 同 ，這 將 使 射 流 內 出 現(xiàn) 溫 度 或 濃 度 的 不 均 勻 連 續(xù) 分 布 。在 供 熱 通 風 與 空 調 工 程 中 出 現(xiàn) 的 溫 度 差 或 濃 度 差 一 般都 不 大 ， 引 起 的 密 度 變 化 很 小 ， 在 分 析 中 仍 可 按 不 可壓

58、 縮 流 體 處 理 ， 也 不 考 慮 異 質 的 存 在 對 流 動 的 影 響 。 6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 52 溫 差 或 濃 差 射 流 中 所 要 研 究 的 參 數(shù) 。對 溫 差 射 流 ： T射 流 任 意 斷 面 上 任 意 一 點 的 溫 度 ， K； T0噴 口 處 射 流 的 溫 度 ， K； Tm射 流 任 意 一 斷 面 軸 心 處 的 溫 度 ， K； Te周 圍 空 氣 的 溫 度 ， K。 對 濃 差 射 流 ： X射 流 任 意 斷 面 上 任 意 一 點 某 種 物 質 的 濃 度 ， mg/l或 g/m3； X 0噴 口

59、處 射 流 某 種 物 質 的 濃 度 ； Xm射 流 任 意 一 斷 面 軸 心 處 某 種 物 質 的 濃 度 ； Xe周 圍 空 氣 中 某 種 物 質 的 濃 度 。 6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 53 根 據(jù) 以 上 參 數(shù) 我 們 要 掌 握 其 溫 度 差 或 濃 度 差 的 變 化 規(guī)律 。 相 應 的 溫 度 差 和 濃 度 差 為 ：對 溫 差 射 流 ：出 口 斷 面 溫 度 差 T0 = T0 - Te 軸 心 溫 差 Tm = Tm - Te射 流 任 意 一 斷 面 上 任 意 一 點 的 溫 差 T = T - Te 對 濃 差 射 流

60、：出 口 斷 面 濃 差 X0 = X0 - Xe 軸 心 濃 差 Xm = Xm - Xe射 流 任 意 一 斷 面 上 任 意 一 點 的 濃 度 差 X = X - X e 6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 54 盡 管 溫 差 射 流 中 各 斷 面 的 溫 度 分 布 有 所 不 同 ， 但 是 根 據(jù) 熱 力學 可 知 ， 在 射 流 壓 強 相 等 的 條 件 下 ， 如 果 以 周 圍 氣 體 的 焓 值為 基 準 ， 則 射 流 各 橫 截 面 上 的 相 對 焓 值 不 變 。 溫 差 射 流 的 這一 特 點 ， 稱 為 射 流 的 熱 力 特 征

61、。 通 過 實 驗 證 明 ， 在 射 流 主 體 段 內 ， 各 橫 截 面 上 的 溫 差 分 布 、濃 差 分 布 與 流 速 分 布 之 間 ， 存 在 如 下 關 系溫 差 射 流 與 濃 差 射 流 雖 是 兩 種 完 全 不 同 的 射 流 ， 但 它 們 在 各橫 截 面 上 的 溫 差 分 布 與 濃 差 分 布 與 在 第 三 節(jié) 討 論 的 無 因 次 流速 和 無 因 次 距 離 的 函 數(shù) 關 系 卻 是 相 同 的 ， 這 表 明 這 兩 種 射 流的 運 動 規(guī) 律 相 似 。 這 是 由 于 溫 差 射 流 和 濃 差 射 流 在 其 本 質 上沒 有 區(qū) 別

62、， 即 這 兩 種 射 流 都 與 周 圍 氣 體 的 密 度 不 同 。5.1)1 RyuuXXTT mmm（ (式6.16) 6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 55 表6.3 溫差、濃差射流主體段的計算公式6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 56 續(xù) 表 6.3 6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 57 由 于 溫 差 射 流 和 濃 差 射 流 的 密 度 與 周 圍 氣 體 密 度 不 同 ， 射 流 在 運 動 過 程 中 ， 所 受 重 力 與 浮 力 不 平 衡 ， 導 致 射 流 在 流 動 過 程 中 會 發(fā) 生

63、向 上 或 向 下 的 彎 曲 。 也 就 是 說 溫 差 或 濃 差 射 流 的 軸 心 線 不 再 是 一 條 與 噴 口 軸 線 方 向 相 同 的 直 線 ， 而是 一 條 曲 線 。 但 整 個 射 流 仍 可 看 作 對 稱 于 軸 心 線 。 為了 能 利 用 前 面 介 紹 的 公 式 計 算 射 流 沿 射 程 的 運 動 參 數(shù)及 溫 差 或 濃 差 的 變 化 規(guī) 律 ， 就 必 須 了 解 射 流 軸 心 線 的偏 移 量 或 它 的 軌 跡 。 圖6.9 射流軸線的彎曲6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 58 根 據(jù) 理 論 推 導 和 實 驗 證

64、 明 ， 圓 截 面 溫 差 與 濃 差 射 流 的軸 線 偏 移 量 ， 可 按 下 式 計 算 (式 6.17)式 中 y射 流 軸 線 上 任 意 一 點 偏 離 噴 口 軸 線 的 垂 直距 離 ， m； 見 圖 6.9； d0射 流 噴 口 的 直 徑 ， m； a紊 流 系 數(shù) ； s射 流 計 算 斷 面 到 噴 口 的 距 離 ， m；A r阿 基 米 德 數(shù) ， 是 一 個 無 因 次 量 。)35.051.0( 2300 ssdadAy r 6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 59 對 圓 截 面 溫 差 射 流 ， 阿 基 米 德 數(shù) 可 按 下 式

65、計 算 （ 式 6.18）對 于 圓 斷 面 濃 差 射 流 （ 式 6.19）式 （ 6.18） 和 式 （ 6.19） 中 的 符 號 意 義 同 前 。在 平 面 射 流 的 公 式 中 為 射 流 噴 口 的 半 高 度 。 但 在 計算 阿 基 米 德 數(shù) Ar時 ， 應 以 2b0代 替 d0代 人 相 應 公 式 中 進行 計 算 。將 射 流 彎 曲 的 結 果 也 匯 于 表 6.3中 以 便 查 詢 和 計 算 。er Tv TgdA 20 00 er Xv XgdA 20 00 0b 6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 60 【 例 題 6.4】 工

66、作 區(qū) 質 量 平 均 風 速 要 求 2m/s， 工 作 面直 徑 3m， 采 用 帶 導 葉 的 通 風 機 水 平 送 風 ， 已 知 送 風 溫度 為 12 ， 車 間 空 氣 溫 度 為 32 ， 若 要 求 工 作 區(qū) 的 質量 平 均 溫 度 降 到 25 ， 試 計 算 （ 1） 送 風 口 的 直 徑 及 氣 流 速 度 ； （ 2） 送 風 口 到 工 作 面 的 距 離 ； （ 3） 射 流 軸 線 在 工 作 面 的 偏 移 量 。6.4 溫 差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 61 【 本 章 小 結 】本 章 介 紹 了 孔 口 及 其 分 類 、 管 嘴 概 念 ， 給 出 了 孔 口 、管 嘴 自 由 出 流 與 淹 沒 出 流 的 特 點 、 工 程 中 的 應 用 分 析及 水 力 計 算 方 法 ， 同 時 對 無 限 空 間 淹 沒 紊 流 射 流 ， 溫差 或 濃 差 射 流 及 射 流 彎 曲 進 行 了 分 析 和 介 紹 。 要 求 掌握 孔 口 、 管 嘴 自 由 出 流 與 淹 沒 出 流 的 計 算 方 法 ， 熟 知氣 體