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射流

/jet-flow/
最后更新 2022-12-23
浏览 234
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流体通过喷嘴、孔口或狭缝喷出,流入到同种或另一种流体区域所形成的一股流体。是流体力学的重要组成部分。

英文名称
jet-flow
所属学科
工程热物理及动力工程

流形成的原动力是压差,即射流流体与环境流体的压力差。压差越大,射流出口流速越高。根据射流出口雷诺数的大小,射流又分为层流射流和紊流射流。射流的工质可以是可压缩流体,如火箭发动机喷管喷出的燃气,也可以是不可压缩流体,如消防以及灌溉水喷射。同样的,环境流体也可以是可压缩或不可压缩流体。

射流流束具有以下特征:①流束在射流出喷口后,其外边界在不断地扩张。②射流的纵向速度远大于横向速度。③由于流体具有黏性,因而射流存在射流边界层。④对于层流射流,存在着可以进行质量、动量以及能量交换的层流边界层;对于湍流射流,射流边界上存在湍流涡,将导致射流卷吸现象的发生,进而使工质发生横向移动,在湍流边界层中发生剧烈的质量、动量以及能量交换和传递。根据射流速度场分布特性,射流流场主要分为射流起始段、过渡段和射流主体区。在射流主体区,气流的速度分布、温度分布以及密度分布都具有自相似或者自模特性。若用轴线速度和射流宽度将速度和径向位置做无量纲处理,各断面纵向时均无量纲速度分布可归于在同一条线上,并用同一函数表示,这被称为自相似特性。不仅速度分布如此,温度分布以及浓度分布均呈现自相似特性。

射流在工程中有着广泛的应用,如消防喷枪水喷射、水力开采的水射流、航空航天发动机喷气射流等。总体而言,这些射流可以归于以下几方面:

①产生推力的喷气射流。在航空航天领域内,广泛使用火箭发动机、涡轮喷气发动机、冲压发动机等利用反作用力的发动机。这些发动机所喷出的射流是作为受力载体而使用的。高温高压气体从发动机喷管射出,形成射流,发动力的推力主要来自这股射流产生的反作用力。同样的,喷水灌溉装置上的自动旋转喷头也是利用喷射的反作用力作为旋转动力的。

②作为前动力射流。在水力开采中,高压水射流产生强大冲力可以作为一种剥离岩石或煤层的工具;在火电厂中,高压蒸汽也可以用来吹灰、清垢;另外气体焊接、气割以及消防水喷射都是利用射流工质作为施力载体而使用。

③作为引射介质的引射流。典型的引射流装置是喷(引)射器,利用引射流的流动在空腔内形成低压区,从而使得被引射工质流入并与引射流体相混合。在混合的过程中喷射流将部分能量、动量传递给被引射流体从而实现某种效能。此外,通风机、吸尘器等均是利用引射流的该种特性进行工作的。

④雾化射流。在内燃机等热动力机械中,为了提高燃烧效率,需要对液体燃料进行雾化。一般是将高压液体燃料通过喷嘴形成雾化射流。另外如农药喷雾器等雾化设备室利用旋转射流进行雾化。

⑤贴壁射流。当射流工质由射流元器件的喷口喷出时,若喷口两边的壁板对称设置,则可形成附壁于两侧壁的射流,若喷口两边的壁板不对称,射流只依附于一侧壁,利用该特性可以设计出产生控制信号的射流控制元件和控制阀。

⑥其他射流。在射流领域内,还有许多其他射流,如冲击射流、浮射流等。

由于射流方式的多样性,很难将射流进行简单分类。可以按照射流流态分为层流射流和湍流射流,按照射流空间环境分为自由射流和非自由射流,按照射流环境分为浸(淹)没射流和非淹没射流。

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