射流定义、分类和应用

射射 流流 报报告人：李文珂告人：李文珂 报告时间：报告时间：2013.10.102013.10.10 1 1 射流的射流的概念概念 2 2 射流分类射流分类 3 3 射流结构和特性射流结构和特性 4 4 射流的应用射流的应用 5 5 几种射流发生器几种射流发生器 1.1.射流射流的概念的概念射流（jet）：指流体从管口、孔口、狭缝射出，或靠机械推动，并同周围流体掺混的一股流体流动。液体射流（水射流切割）气体射流（射流消防车）2.2.射流分类射流分类一、液体射流的分类一、液体射流的分类一、液体射流的分类一、液体射流的分类 液体射流：液体从喷管或孔口中喷出液体射流：液体从喷管或孔口中喷出液体射流：液体从喷管或孔口中喷出液体射流：液体从喷管或孔口中喷出,脱离固体边界的约束脱离固体边界的约束脱离固体边界的约束脱离固体边界的约束,在液体或气体在液体或气体在液体或气体在液体或气体中作扩散流动，称为射流。射流一般为湍流（紊流）流型，具有紊动扩散中作扩散流动，称为射流。射流一般为湍流（紊流）流型，具有紊动扩散中作扩散流动，称为射流。射流一般为湍流（紊流）流型，具有紊动扩散中作扩散流动，称为射流。射流一般为湍流（紊流）流型，具有紊动扩散作用，能进行动量、热量和质量传递作用，能进行动量、热量和质量传递作用，能进行动量、热量和质量传递作用，能进行动量、热量和质量传递 射流可以按不同的特征进行分类。射流可以按不同的特征进行分类。射流可以按不同的特征进行分类。射流可以按不同的特征进行分类。1 1 1 1 按流动型态，可分为层流射流和湍流射流。一般认为雷诺数大于按流动型态，可分为层流射流和湍流射流。一般认为雷诺数大于按流动型态，可分为层流射流和湍流射流。一般认为雷诺数大于按流动型态，可分为层流射流和湍流射流。一般认为雷诺数大于2000200020002000就可定位湍就可定位湍就可定位湍就可定位湍流射流，部分射流都属于湍流射流（经常遇到的大雷诺数射流一般是无固壁约束的流射流，部分射流都属于湍流射流（经常遇到的大雷诺数射流一般是无固壁约束的流射流，部分射流都属于湍流射流（经常遇到的大雷诺数射流一般是无固壁约束的流射流，部分射流都属于湍流射流（经常遇到的大雷诺数射流一般是无固壁约束的自由湍流）。自由湍流）。自由湍流）。自由湍流）。2 2 2 2 按射流周围介质（流体）的性质，可分为淹没射流和非淹没射流按射流周围介质（流体）的性质，可分为淹没射流和非淹没射流按射流周围介质（流体）的性质，可分为淹没射流和非淹没射流按射流周围介质（流体）的性质，可分为淹没射流和非淹没射流。若射流与周围介质的物理性质相同，则为淹没射流；若不相同，则为非淹没射流。若射流与周围介质的物理性质相同，则为淹没射流；若不相同，则为非淹没射流。若射流与周围介质的物理性质相同，则为淹没射流；若不相同，则为非淹没射流。若射流与周围介质的物理性质相同，则为淹没射流；若不相同，则为非淹没射流。3 3 3 3 按射流周围固体边界的情况，可分为自由射流和非自由射流。按射流周围固体边界的情况，可分为自由射流和非自由射流。按射流周围固体边界的情况，可分为自由射流和非自由射流。按射流周围固体边界的情况，可分为自由射流和非自由射流。若射流进入一个无限空间，完全不受固体边界限制，称为自由射流或无限空间射流；若射流进入一个无限空间，完全不受固体边界限制，称为自由射流或无限空间射流；若射流进入一个无限空间，完全不受固体边界限制，称为自由射流或无限空间射流；若射流进入一个无限空间，完全不受固体边界限制，称为自由射流或无限空间射流；若进入一个有限空间，射流多少要受固体边界限制，称为非自由射流或有限空间射若进入一个有限空间，射流多少要受固体边界限制，称为非自由射流或有限空间射若进入一个有限空间，射流多少要受固体边界限制，称为非自由射流或有限空间射若进入一个有限空间，射流多少要受固体边界限制，称为非自由射流或有限空间射流。流。流。流。4 按射流出流后继续运动的动力，可分为动量射流（简称射流）、浮按射流出流后继续运动的动力，可分为动量射流（简称射流）、浮力羽流（简称羽流）和浮力射流（简称浮射流）。力羽流（简称羽流）和浮力射流（简称浮射流）。从喷口流出的流体与周围的受纳流体物理性质相同，射流形成主从喷口流出的流体与周围的受纳流体物理性质相同，射流形成主要是喷口处初始动量的作用，要是喷口处初始动量的作用，这样的这样的射流出口流速、动量较大，出流射流出口流速、动量较大，出流后继续运动的动力来自动量，这类射流就叫做纯射流或动量射流（简后继续运动的动力来自动量，这类射流就叫做纯射流或动量射流（简称为射流）称为射流）若射流形成是喷口处流体与受纳流体的密度差产生浮力的作用，若射流形成是喷口处流体与受纳流体的密度差产生浮力的作用，这类射流就叫做卷流或羽流。如流体局部受热而与周围冷流体形成密这类射流就叫做卷流或羽流。如流体局部受热而与周围冷流体形成密度差，在浮力的作用下形成的流动就是卷流。（射流出口流速、动量度差，在浮力的作用下形成的流动就是卷流。（射流出口流速、动量较小，出流后继续运动的动力主要来自浮力）较小，出流后继续运动的动力主要来自浮力）若射流出流后继续运动的动力，兼受动量和浮力的作用，称为浮若射流出流后继续运动的动力，兼受动量和浮力的作用，称为浮力射流。力射流。可见动量射流和浮力羽流是浮力射流的两种极端情况可见动量射流和浮力羽流是浮力射流的两种极端情况 5 5 按射流出口的断面形状，可分为圆形（轴对称）射流、平面（二维）按射流出口的断面形状，可分为圆形（轴对称）射流、平面（二维）射流、矩形（三维）射流等。射流、矩形（三维）射流等。2.气体的分类 气体自孔口气体自孔口管嘴或条缝向外喷射所形成的流动，管嘴或条缝向外喷射所形成的流动，称为气体淹没射流，简称气体射流称为气体淹没射流，简称气体射流。按射流周围固体边界的情况分为按射流周围固体边界的情况分为出流到无限大空间出流到无限大空间中，流动不受固体边壁的限制，为无限空间射流，又中，流动不受固体边壁的限制，为无限空间射流，又自由射流自由射流；反之为有限空间射流反之为有限空间射流。（出流空间大小，（出流空间大小，对射流的流动影响很大）对射流的流动影响很大）按射流出口端面形状：圆断面射流（轴对称），平面射流 其中气体射流的特有的射流形式：温差射流与浓差射流 所谓温差、浓差射流就是射流本身的温度或浓度与周围气体的温度或浓度有差异。三、射流的三、射流的结构和特性结构和特性 以以以以自由淹没湍流圆射流自由淹没湍流圆射流自由淹没湍流圆射流自由淹没湍流圆射流为例，如图。为例，如图。为例，如图。为例，如图。射流进入无限大空间的静止流体中，由于湍流的脉动，卷吸周围静止流体进入射流，射流进入无限大空间的静止流体中，由于湍流的脉动，卷吸周围静止流体进入射流，射流进入无限大空间的静止流体中，由于湍流的脉动，卷吸周围静止流体进入射流，射流进入无限大空间的静止流体中，由于湍流的脉动，卷吸周围静止流体进入射流，两者掺混向前运动。两者掺混向前运动。两者掺混向前运动。两者掺混向前运动。卷吸和掺混的结果，使射流的断面不断扩大，流速不断降低，流量则沿程增加卷吸和掺混的结果，使射流的断面不断扩大，流速不断降低，流量则沿程增加卷吸和掺混的结果，使射流的断面不断扩大，流速不断降低，流量则沿程增加卷吸和掺混的结果，使射流的断面不断扩大，流速不断降低，流量则沿程增加。由于射流边界处的流动是一种间隙性的复杂运动，所以射流边界实际上是交错组成的由于射流边界处的流动是一种间隙性的复杂运动，所以射流边界实际上是交错组成的由于射流边界处的流动是一种间隙性的复杂运动，所以射流边界实际上是交错组成的由于射流边界处的流动是一种间隙性的复杂运动，所以射流边界实际上是交错组成的不规则面。实际分析时，可按照统计平均意义将其视为直线。不规则面。实际分析时，可按照统计平均意义将其视为直线。不规则面。实际分析时，可按照统计平均意义将其视为直线。不规则面。实际分析时，可按照统计平均意义将其视为直线。极点极点极点极点扩散角扩散角扩散角扩散角(极角极角极角极角)内边界内边界内边界内边界外边界外边界外边界外边界核心收缩角核心收缩角核心收缩角核心收缩角转折截面转折截面转折截面转折截面 射流在形成稳定的流动形态后，整个射流可分为以下几个区域：由管嘴出口射流在形成稳定的流动形态后，整个射流可分为以下几个区域：由管嘴出口射流在形成稳定的流动形态后，整个射流可分为以下几个区域：由管嘴出口射流在形成稳定的流动形态后，整个射流可分为以下几个区域：由管嘴出口开始，向内、外扩展的掺混区域，称为开始，向内、外扩展的掺混区域，称为开始，向内、外扩展的掺混区域，称为开始，向内、外扩展的掺混区域，称为射流边界层射流边界层射流边界层射流边界层；它的外边界与静止流体相接触，内边界与射流的核心区相接触。它的外边界与静止流体相接触，内边界与射流的核心区相接触。它的外边界与静止流体相接触，内边界与射流的核心区相接触。它的外边界与静止流体相接触，内边界与射流的核心区相接触。（显然，射（显然，射（显然，射（显然，射流边界层从出口开始沿射程不断的向外扩散，带动周围介质进入边界层，同时流边界层从出口开始沿射程不断的向外扩散，带动周围介质进入边界层，同时流边界层从出口开始沿射程不断的向外扩散，带动周围介质进入边界层，同时流边界层从出口开始沿射程不断的向外扩散，带动周围介质进入边界层，同时向射流中心扩展，至某一距离处，边界层扩展到射流轴心线，核心区消失，射向射流中心扩展，至某一距离处，边界层扩展到射流轴心线，核心区消失，射向射流中心扩展，至某一距离处，边界层扩展到射流轴心线，核心区消失，射向射流中心扩展，至某一距离处，边界层扩展到射流轴心线，核心区消失，射流这一断面称为过渡断面或转折断面。）流这一断面称为过渡断面或转折断面。）流这一断面称为过渡断面或转折断面。）流这一断面称为过渡断面或转折断面。）射流的中心部分，未受掺混的影响，仍保持为原出口速度的区域，称为射流的中心部分，未受掺混的影响，仍保持为原出口速度的区域，称为射流的中心部分，未受掺混的影响，仍保持为原出口速度的区域，称为射流的中心部分，未受掺混的影响，仍保持为原出口速度的区域，称为射流射流射流射流核心区核心区核心区核心区。从管嘴出口到核心区末端断面（称为过渡断面）之间的射流段，称为从管嘴出口到核心区末端断面（称为过渡断面）之间的射流段，称为从管嘴出口到核心区末端断面（称为过渡断面）之间的射流段，称为从管嘴出口到核心区末端断面（称为过渡断面）之间的射流段，称为射流的射流的射流的射流的起始段起始段起始段起始段L L L L0 0 0 0。起始段后的射流段，称为起始段后的射流段，称为起始段后的射流段，称为起始段后的射流段，称为主体段主体段主体段主体段。在主体段中，轴向流速沿流向逐渐减小，。在主体段中，轴向流速沿流向逐渐减小，。在主体段中，轴向流速沿流向逐渐减小，。在主体段中，轴向流速沿流向逐渐减小，直至为零。直至为零。直至为零。直至为零。当主体段的外边界线延长交于轴线上当主体段的外边界线延长交于轴线上当主体段的外边界线延长交于轴线上当主体段的外边界线延长交于轴线上O O O O点，称为点，称为点，称为点，称为射流源或极点射流源或极点射流源或极点射流源或极点。外边界线与轴。外边界线与轴。外边界线与轴。外边界线与轴线的夹角称为线的夹角称为线的夹角称为线的夹角称为扩展角或极角扩展角或极角扩展角或极角扩展角或极角，用，用，用，用表示表示表示表示三三三三 射流的特性射流的特性射流的特性射流的特性 湍流淹没射流湍流淹没射流湍流淹没射流湍流淹没射流(最为常见）最为常见）最为常见）最为常见）具有以下一些特性：具有以下一些特性：具有以下一些特性：具有以下一些特性：1.1.1.1.射流边界层的宽度小于射流的长度。射流边界层的宽度小于射流的长度。射流边界层的宽度小于射流的长度。射流边界层的宽度小于射流的长度。2.2.2.2.在射流边界层的任何断面上，横向分速远比纵向（轴向）分在射流边界层的任何断面上，横向分速远比纵向（轴向）分在射流边界层的任何断面上，横向分速远比纵向（轴向）分在射流边界层的任何断面上，横向分速远比纵向（轴向）分速小得多，可以认为射流速度就等于它的纵向分速。速小得多，可以认为射流速度就等于它的纵向分速。速小得多，可以认为射流速度就等于它的纵向分速。速小得多，可以认为射流速度就等于它的纵向分速。3 3 3 3射流边界层的内外边界都是直线扩展的（严格讲，是统计平射流边界层的内外边界都是直线扩展的（严格讲，是统计平射流边界层的内外边界都是直线扩展的（严格讲，是统计平射流边界层的内外边界都是直线扩展的（严格讲，是统计平均的意义）。均的意义）。均的意义）。均的意义）。无限空间淹没射流的主要研究对象是主体段，它有下列性质：无限空间淹没射流的主要研究对象是主体段，它有下列性质：无限空间淹没射流的主要研究对象是主体段，它有下列性质：无限空间淹没射流的主要研究对象是主体段，它有下列性质：几何方面。射流呈直线扩散，射流出口附近存在着扩散中心几何方面。射流呈直线扩散，射流出口附近存在着扩散中心几何方面。射流呈直线扩散，射流出口附近存在着扩散中心几何方面。射流呈直线扩散，射流出口附近存在着扩散中心o,o,o,o,称称称称为极点。为极点。为极点。为极点。运动方面。主体段中任意断面上相对流速运动方面。主体段中任意断面上相对流速运动方面。主体段中任意断面上相对流速运动方面。主体段中任意断面上相对流速在在在在相对坐标上的分布为相对坐标上的分布为相对坐标上的分布为相对坐标上的分布为不变不变不变不变动力方面。射流空间压强不变，各断面动量、通量相等。动力方面。射流空间压强不变，各断面动量、通量相等。动力方面。射流空间压强不变，各断面动量、通量相等。动力方面。射流空间压强不变，各断面动量、通量相等。圆断面射流与平面射流参数和公式圆断面射流与平面射流参数和公式 等密度气体射流示意场(2)用于材料的超细粉碎 空化射流，特别是在淹没射流条件下，空化射流过程中空泡溃灭的冲击波和微射流会对其周围的物体形成巨大的冲蚀作用，从而使物料粉碎。大量研究表明，利用淹没空化射流可以高效率地使物料粉碎为小于10um的超细颗粒；自振式空化水射流粉碎物料的产量与效率分别是球磨机的6.6倍和3.9倍。(3)用于材料切割、岩石破碎 空化射流存在的大量空化现象，与普通射流相比，大大提高了射流对物体的破碎和切割能力。因而，空化射流广泛的用来代替普通射流进行破碎和切割，以提高水射流加工的效率，还可以完成通过机械加工方法不能完成的加工任务。空化射流在石油和矿业的钻井工程中广泛使用。通过在钻头或钻杆上增加一个附加的空化装置，从而在射流出口处产生空化水射流，用来直接或辅助机械进行破碎岩石，提高钻进速度（5）促进化学反应 由于空泡溃灭时产生的瞬时局部高温和高压，这样的极端条件将为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供一种非常特殊的物理环境，并将引发复杂的化学效应，从而开启一条新的促进化学反应通道。5.5.5.5.几种射流装置几种射流装置几种射流装置几种射流装置 一、射流泵：一、射流泵：一、射流泵：一、射流泵：工作流体从喷嘴高速喷出时，在喉管入口处因为周工作流体从喷嘴高速喷出时，在喉管入口处因为周工作流体从喷嘴高速喷出时，在喉管入口处因为周工作流体从喷嘴高速喷出时，在喉管入口处因为周围空气被射流卷走而形成真空，被输送的流体被吸入。两股流体在喉围空气被射流卷走而形成真空，被输送的流体被吸入。两股流体在喉围空气被射流卷走而形成真空，被输送的流体被吸入。两股流体在喉围空气被射流卷走而形成真空，被输送的流体被吸入。两股流体在喉管中混合并进行动量交换，使被输送流体动能增加，最后通过扩散管管中混合并进行动量交换，使被输送流体动能增加，最后通过扩散管管中混合并进行动量交换，使被输送流体动能增加，最后通过扩散管管中混合并进行动量交换，使被输送流体动能增加，最后通过扩散管将大部分动能转换为压力能。将大部分动能转换为压力能。将大部分动能转换为压力能。将大部分动能转换为压力能。依据工作流体的种类射流泵分为液体射流泵和气体射流泵，主要依据工作流体的种类射流泵分为液体射流泵和气体射流泵，主要依据工作流体的种类射流泵分为液体射流泵和气体射流泵，主要依据工作流体的种类射流泵分为液体射流泵和气体射流泵，主要用于输送液体、气体用于输送液体、气体用于输送液体、气体用于输送液体、气体二、射流风机二、射流风机 射流风机由轴流风机加消音器组成，射流风机的结构射流风机由轴流风机加消音器组成，射流风机的结构射流风机由轴流风机加消音器组成，射流风机的结构射流风机由轴流风机加消音器组成，射流风机的结构如图如图如图如图 射流风机的出口不是同管道连接，射流风机安装在一个空间射流风机的出口不是同管道连接，射流风机安装在一个空间射流风机的出口不是同管道连接，射流风机安装在一个空间射流风机的出口不是同管道连接，射流风机安装在一个空间中，高速气流由射流风机出口射出，带动周围空气向前流动，中，高速气流由射流风机出口射出，带动周围空气向前流动，中，高速气流由射流风机出口射出，带动周围空气向前流动，中，高速气流由射流风机出口射出，带动周围空气向前流动，在隧道中形成通风，由于射流风机是通过其高速气流带动周围在隧道中形成通风，由于射流风机是通过其高速气流带动周围在隧道中形成通风，由于射流风机是通过其高速气流带动周围在隧道中形成通风，由于射流风机是通过其高速气流带动周围空气流动，因此风机产生的气流速度越高，带动隧道内空气流空气流动，因此风机产生的气流速度越高，带动隧道内空气流空气流动，因此风机产生的气流速度越高，带动隧道内空气流空气流动，因此风机产生的气流速度越高，带动隧道内空气流动能力越大。动能力越大。动能力越大。动能力越大。三、射流切割机三、射流切割机三、射流切割机三、射流切割机 水射切割系统是技术密集、机械精密的高科水射切割系统是技术密集、机械精密的高科水射切割系统是技术密集、机械精密的高科水射切割系统是技术密集、机械精密的高科技新产品。把水加压至技新产品。把水加压至技新产品。把水加压至技新产品。把水加压至180-250Mpa180-250Mpa180-250Mpa180-250Mpa的工作压力。的工作压力。的工作压力。的工作压力。再加入特定的磨料送至再加入特定的磨料送至再加入特定的磨料送至再加入特定的磨料送至0.80.80.80.8或或或或1.0mm1.0mm1.0mm1.0mm直径喷嘴，直径喷嘴，直径喷嘴，直径喷嘴，以二倍音速将水喷出，完成对物料的切割过程以二倍音速将水喷出，完成对物料的切割过程以二倍音速将水喷出，完成对物料的切割过程以二倍音速将水喷出，完成对物料的切割过程谢谢请各位老师和师兄姐弟妹批评指正