當(dāng)前位置：高壓水射流結(jié)構(gòu)【高壓柱塞泵】
為將水射流更加有效地應(yīng)用到工程實(shí)際中去,掌握一定的射流基礎(chǔ)理論知識(shí)是相當(dāng)必要的。研究射流的動(dòng)力學(xué)特性及其結(jié)構(gòu),尤其是對(duì)高壓水射流的研究,是流體力學(xué)中最復(fù)雜的內(nèi)容之一。由于產(chǎn)生射流的壓力及噴嘴性能千變?nèi)f化,加之射流在周圍介質(zhì)中傳播的復(fù)雜性及試驗(yàn)條件的局限,使得對(duì)射流特性及結(jié)構(gòu)的研究并不十分充分。不過,對(duì)各種射流的現(xiàn)行試驗(yàn)研究已能對(duì)射流的形成及射流在空氣中的傳播過程(即非淹沒自由射流)有一較全面地了解。
射流是一種孔口或狹縫出流流動(dòng)現(xiàn)象。工程所用水射流絕大多數(shù)是湍流流動(dòng),其實(shí)際結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)理極其復(fù)雜,在流體力學(xué)理論分析上,其流動(dòng)的基本圖形是邊界層流動(dòng)。1974年日本學(xué)者Yanaida和Ohashi首先用幾何圖形描述了水射流的特征圖,后來經(jīng)眾多學(xué)者的試驗(yàn)與豐富,該特征圖成為如圖2-6所示的國際上水射流學(xué)術(shù)界公認(rèn)的射流結(jié)構(gòu)圖。
在噴嘴出口處,射流的速度是均勻的,而射流一離開噴嘴就卷吸周圍的介質(zhì),其與環(huán)境介質(zhì)形成的邊界層存在著極大的速度差,由此而產(chǎn)生一個(gè)垂直于射流軸心方向的力,該力與速度差成正比關(guān)系。在這些力及射流內(nèi)部湍流波動(dòng)的作用下,其與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生的質(zhì)量與動(dòng)量交換,使射流表面出現(xiàn)波狀分離。其構(gòu)成及波長依賴于射流排出工況。射流流體與環(huán)境介質(zhì)的質(zhì)量及動(dòng)量交換過程也即是射流的傳播與擴(kuò)散過程。
射流的擴(kuò)散首先開始于射流表面并逐漸向軸心發(fā)展。因而,在距噴嘴定距離內(nèi)就形成一錐形的等速流核區(qū)。射流核區(qū)內(nèi)射流軸向動(dòng)壓力、流速及密度基本保持不變。射流的邊界變寬、速度降低,從而使速度保持初始速度不變的區(qū)域也不斷減少。速度等于零的邊界稱為射流外邊界,射流速度保持初始速度的邊界稱為內(nèi)邊界,內(nèi)外邊界之間的區(qū)域?yàn)檫吔鐚印?/span>
顯然,邊界層的寬度隨著離開出口的靶距而不斷擴(kuò)張,導(dǎo)致射流中保持初始速度不變的區(qū)域不斷減少,使更多的水卷入射流流動(dòng)。當(dāng)內(nèi)邊界線與射流軸線相交時(shí),即射流截面上只有軸線上的速度為初始速度時(shí)稱這個(gè)射流界面為轉(zhuǎn)折面,在轉(zhuǎn)折面之前,射流軸線上的速度始終保持初始速度不變;在轉(zhuǎn)折面之后,射流軸心線上的速度開始逐漸衰減。
在射流的外邊界上,射流與周圍介質(zhì)相互作用將產(chǎn)生及不穩(wěn)定的漩渦,這些大大小小的漩渦運(yùn)動(dòng)和分布都是雜亂無章的、隨機(jī)的,在邊界層內(nèi)由于漩渦的運(yùn)動(dòng)使流體質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生交換,交換的結(jié)果是:在射流邊界層內(nèi)產(chǎn)生沿射流橫向和軸向的時(shí)均速度變化。
圖2-6中將射流分為初始段、基本段和消散段。
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