射流技術

拼音:sheliujishu

優點是：（1）結構簡單，操作安全，成本低，見效快；（2）不受各種輻射、電磁波的影響，並具有抗腐蝕、抗震、抗爆和耐高低温等特點，適於在各種環境下應用；（3）射流元件可以做得很小，並和電子技術一樣可以實現集成化。缺點主要是：反應動作比電子元件遲鈍，且不能遙控。廣泛應用於化工、石油、機械、電力、冶金、紡織、船舶、儀表和國防等工業方面。

從管口、孔口、狹縫射出，或靠機械推動，並同周圍流體摻混的一股流體流動。經常遇到的大雷諾數射流一般是無固壁約束的自由湍流。這種湍性射流通過邊界上活躍的湍流混合將周圍流體卷吸進來而不斷擴大，並流向下遊。射流在水泵、蒸汽泵、通風機、化工設備和噴氣式飛機等許多技術領域得到廣泛應用。

距射流源足夠遠處，湍性射流可以用邊界層理論進行分析。下面以不可壓縮流體的平面湍性射流為例來説明，並設周圍流體處於靜止狀態。縱向平均速度ū(x,y)不等於零的射流區是以中心線為界的上下兩個“邊界層”的組合。虛線是通常邊界層理論意義下的邊界。在整個射流區內壓力幾乎不變。因此，對於定常平面湍性射流，以下湍流邊界層方程組（見湍流理論）近似成立：

式中ū、尌為x、y方向的平均速度；ρ為流體密度；τ為湍流剪應力。為求解以上方程組，首先必須寫出湍流剪應力表達式。根據渦粘性假設，　 ，

式中ετ為渦粘性係數，它是湍流的一個重要特徵參數。此係數可用L.普朗特提出的混合長l表示，即 ，

並假定混合長沿射流寬度保持不變,且l(x)～b(x)，這裏b(x)為射流寬度的一半。為了簡化分析，進一步假定射流各橫截面上的速度分佈具有相似性，即

。

根據以上方程和假定，H.賴夏特等對不可壓縮流體的平面湍性射流進行了完整的理論分析，求得與實驗相吻合的結果。其主要結果如下：①射流寬度同到射流源的距離成正比，即平面湍性射流的邊界是一條從射流源發出的直線，如果忽略雷諾數的影響,此射流大約以13°半角向後擴張；②射流速度分佈為；③射流中心線上最大速度同到射流源的距離的平方根成反比，因此，隨着此距離增大，射流最大速度越來越小。

軸對稱湍性射流的分析方法同平面湍性射流類似。不同的是，基本方程必須採用軸對稱邊界層方程，而且在結果中～x-1,即射流中心線上最大速度比平面射流衰減得更快。

上面僅討論了不可壓縮流體的常壓自由射流。各種工程技術中遇到的射流要比這種射流複雜。因此，根據具體情況，還應當考慮射流的旋轉效應和三維效應、有壓力梯度的約束射流、超聲速（有波系的）射流、温度分佈以及燃燒和相變，等等。此外，高速氣體射流會伴生相當強的氣動噪聲，也必須加以考慮。

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液體從噴管或孔口中噴出,脱離固體邊界的約束,在液體或氣體中作擴散流動，稱為射流。射流一般為紊流流型，具有紊動擴散作用，能進行動量、熱量和質量傳遞，應用於水力發電、消防水槍、農田噴灌、污染擴散、人工噴泉、水力採礦、土石方衝挖等。

不淹沒射流 　流入氣體中的液體射流，稱為不淹沒射流。大氣中的水射流由於紊動摻氣，沿射流方向，依次分為緊密部分、破裂部分和分散部分 。

水豎直射流所能達到的高度He小於噴口的總水頭H，兩者之間的關係用下列公式表示

He=H/(1+ΨH)；Ψ=0.00025/(b+1000b3)式中 b為噴口直徑。射流緊密部分高度Hd可按下式求出

Hd=βHe

β根據試驗決定,隨He的增大而減少，當He在7～30米之間時，β約在0.84～0.72之間。

淹沒射流 　流入相同介質中的液體射流，稱為淹沒射流。淹沒射流與周圍靜止介質發生動量和質量交換，卷吸附近介質隨射流一同流動,流量不斷增加,流速不斷減小和均化，橫斷面不斷擴大。淹沒射流可分為兩個部分。保持射流出口流速v0不變的部分,稱為射流核心。因卷吸與摻混作用流速小於v0的部分，即射流核心與靜止液體之間的部分，稱為射流邊界層。沿射流方向從出口斷面至射流核心開始消失的所謂過渡斷面，稱為射流初始段；過渡斷面以後的部分，稱為射流主體段。

無限空間淹沒射流的主要研究對象是主體段，它有下列性質：

①幾何方面。射流呈直線擴散，射流出口附近存在着擴散中心o,稱為極點。圓斷面射流極點與出口斷面距離為1.2y0，y0為出口半徑。

②運動方面。主體段中任意斷面上相對流速vx/vm在相對座標y/x上的分佈為不變,其中vx為斷面上座標y1的x向分速。vm為同斷面的軸心x向分速。x1為斷面到極點的距離。圓斷面射流的相對速度公式為

③動力方面。射流空間壓強不變，各斷面動量、通量相等，由此可得圓斷面射流軸心流速公式為

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沿切向間斷面兩側流動的物質流(液、氣或固體粉末流)。從噴口E-E以速度u0噴出的直勻氣流（ 主流）與噴口外以速度uH（uH＜u0）流動的直勻氣流（次流 ）的交界面是一個切向間斷面，該面兩側氣流方向相同但流速不同 。切向間斷面是不穩定的，通過邊界上活躍的湍流摻混作用把次流中的氣體捲進主流，從而形成一個速度連續變化的射流邊界層（EBF及其下游） ，其中外邊界EB上的流速為uH ；內邊界EF上的流速為u0。內邊界以內氣流未受擾動的區域稱為勢流核心區（EFE） 。 有核心流的區域稱為射流的初始段 ；其下游一定距離後，射流中速度分佈類似於源流（曲線a-a）的區域稱為主體段，其外邊界延長線（虛線）的交點P即為假想的源點；主體段與初始段之間的區域稱為射流的過渡段。就平面射流而言，在主體段內，射流寬度與到假想源點的距離成正比；射流速度分佈為u/um=（1－η3/2）2，η=y/b；射流軸線上最大速度um與到假想源點的距離平方成反比。常見的射流多為 uH=0 的無固壁約束的淹沒或自由射流（如從水龍頭流出的水流和從汽笛衝出的蒸汽流），在距噴口很多倍直徑處，其流向幾乎不變。利用高速水流，可以採煤和鑽探；利用高速高温的聚能燃氣流，可燒穿裝甲 。有固壁約束的射流具有附壁效應，從而可用以製造各種用於自動控制的射流元件。

射流貼附在固體壁面上流動的現象稱為附壁效應。當射流從噴口E-E流出並進入腔室後若腔室邊壁AB、CD距噴口足夠近，且端部至噴口的距離s1、s2不等（設s1＞s2），則射流兩側在同一時間內受捲吸作用影響的環境介質質量不等，右側質量多於左側。由於射流通過邊界上的湍流摻混作用傳遞給兩側環境的能量基本相等，所以右側卷吸速度較慢，左側較快，從而左側壓力較小，射流向左偏轉。此後，左側卷吸速度更快，壓力更低，射流繼續左偏，直到完全貼附在壁面上形成穩定流動為止 。只當射流兩側存在壓力差Δp=p1－p2時 ，射流才能附壁 。若改變Δp的符號和大小 ，即可改變附壁的方向，謂之射流的切換。在腔室進口兩邊壁上開孔，向低壓區補充流體，當控制壓力p0足夠大時，即可切換射流。據此，可製成各種射流元件，用於自動控制系統。