TRL空气动力学多功能实验台

TRL空气动力学多功能实验台（风洞）

紊流射流自喷嘴出口以均匀的流速射入静止的环境中时与周围静止的流体之间形成速度不连续的间断面，间断面因受干扰失去稳定而产生旋涡，旋涡卷吸周围流体而进入射流，同时不断移动、变形、分裂产生紊动，其影响逐渐向内外两侧发展；形成内外两个自由紊动的混合层，因整个射流场的静压是相等的，故沿流动方向没有任何外力。 

由于动量的横向传递，卷吸进入的流体取得动量而随同原来射出的流体向前流动，原来的流体失去动量速度降低，自由射流的动量保持不变。在混合层中形成一定的流速梯度，又称剪切层。卷吸与混掺的结果，使射流断面不断扩大，而流速不断降低，流量沿程增加。 

由于紊流的间歇现象，射流边界实际上是一个由紊动涡体和周围势流交错组成的不规则面，但实际分析时从统计平均意义上把射流边界看成线性扩展的界面。将主体段的边界线延长交于O点，O点为射流极点。

紊流射流在形成稳定的流动形态后，整个射流分成几个区段，由喷嘴边界起向内外扩展的紊动混掺部分称为边界层，中心部分未受到混掺的影响而保持原来出口流速，称为射流核心，从出口到核心消失断面之间的流动称为起始段。                 紊动充分发展的部分称为主体段。

射流主体段各断面的纵向速度分布具有相似性，用无量纲的半径验公式来表示。 

                                  （21） 

式中：  U——测点流速，m/s;

   U_m——量测断面中心点流速，m/s;

y——测点到轴心的距离，m;

y₀——射流半宽，可按下式估算 

式中：R——喷嘴半径，m;

X——自喷嘴出口到实验断面之间的距离，m

θ——射流扩散角。 

（估算数值，仅供参考，实验时应以该测点U=0为判断条件）。  

一、 实验装置

阻尼网稳压箱本装置配有2种不同的射流喷口，实验时可任取其中一到两种。在直径为30mm的圆柱形喷嘴和收缩形喷嘴试验段上，均可作圆射流实验；此外，还配有扁形喷嘴（宽15mm、长150mm），可进行扁射流实验。喷嘴置于试验台的稳压箱底部，喷嘴右侧安装毕托管和测量x标尺 y标尺，毕托管和微压计相连，以测定各断面的流速分布。

圆柱形喷嘴半径      γ₀ =15mm

扁形（条缝形）喷嘴

喷口半宽            b₀ =15mm

喷口长              ι=150mm  

二、 实验基本原理：

㈠测定紊流系数

      ⑴根据射流的运动特性，射流起始段及基本段（射程）各断面上的无量纲（无因次）速度，随无量纲坐标的分布具有相似性。用射流运动特征公式表示即为：

     （1）

式中：y ——测点距轴心的距离（m）；y₀为射流的半宽度，可按下式计算：

      R ——同截面上边界层厚度（m）；

     υ——测点流速（m/s）；

υ_m ——断面轴心流速（m/s）。

由此可验证无量纲速度分布的相似性。

⑵射流基本段轴心速度公式

①圆射流

        （2）

②扁射流

                    （3）

式中：γ₀——圆射流出口半径（m）

b₀——扁射流出口半宽（m）

             s——射流之射程（m）

υ₀——喷口处流速（m/s） 

在基本段（射程）内选取3的个横断面，将所测得的各断面的υ₀ ，s及喷口的υ₀及γ₀（或b₀）代入式（2）或式（3），便得出3个α值，取平均值，即得紊流系数α。

㈡测定流速

   （4）  

式中：y₀——射流半径

r₀——喷嘴半径

X——自喷嘴出口至实验断面的距离

θ——扩散角

          5）

式中：u——测点流速

c——毕托管修正系数0.98~1

——毕托管压差

ρ——空气密度

        （6）

式中： u_m——测量断面中心流速

y——测点距中心的距离

1.用毕托管在喷嘴出口断面定出中心坐标即Y_中心，并记录该值。