TRL空氣動力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺（風(fēng)洞）

紊流射流自噴嘴出口以均勻的流速射入靜止的環(huán)境中時(shí)與周圍靜止的流體之間形成速度不連續(xù)的間斷面，間斷面因受干擾失去穩(wěn)定而產(chǎn)生旋渦，旋渦卷吸周圍流體而進(jìn)入射流，同時(shí)不斷移動、變形、分裂產(chǎn)生紊動，其影響逐漸向內(nèi)外兩側(cè)發(fā)展；形成內(nèi)外兩個(gè)自由紊動的混合層，因整個(gè)射流場的靜壓是相等的，故沿流動方向沒有任何外力。 

由于動量的橫向傳遞，卷吸進(jìn)入的流體取得動量而隨同原來射出的流體向前流動，原來的流體失去動量速度降低，自由射流的動量保持不變。在混合層中形成一定的流速梯度，又稱剪切層。卷吸與混摻的結(jié)果，使射流斷面不斷擴(kuò)大，而流速不斷降低，流量沿程增加。 

由于紊流的間歇現(xiàn)象，射流邊界實(shí)際上是一個(gè)由紊動渦體和周圍勢流交錯組成的不規(guī)則面，但實(shí)際分析時(shí)從統(tǒng)計(jì)平均意義上把射流邊界看成線性擴(kuò)展的界面。將主體段的邊界線延長交于O點(diǎn)，O點(diǎn)為射流極點(diǎn)。

紊流射流在形成穩(wěn)定的流動形態(tài)后，整個(gè)射流分成幾個(gè)區(qū)段，由噴嘴邊界起向內(nèi)外擴(kuò)展的紊動混摻部分稱為邊界層，中心部分未受到混摻的影響而保持原來出口流速，稱為射流核心，從出口到核心消失斷面之間的流動稱為起始段。                 紊動充分發(fā)展的部分稱為主體段。

射流主體段各斷面的縱向速度分布具有相似性，用無量綱的半徑驗(yàn)公式來表示。 

                                  （21） 

式中：  U——測點(diǎn)流速，m/s;

   U_m——量測斷面中心點(diǎn)流速，m/s;

y——測點(diǎn)到軸心的距離，m;

y₀——射流半寬，可按下式估算 

式中：R——噴嘴半徑，m;

X——自噴嘴出口到實(shí)驗(yàn)斷面之間的距離，m

θ——射流擴(kuò)散角。 

（估算數(shù)值，僅供參考，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)以該測點(diǎn)U=0為判斷條件）。  

一、 實(shí)驗(yàn)裝置

阻尼網(wǎng)穩(wěn)壓箱本裝置配有2種不同的射流噴口，實(shí)驗(yàn)時(shí)可任取其中一到兩種。在直徑為30mm的圓柱形噴嘴和收縮形噴嘴試驗(yàn)段上，均可作圓射流實(shí)驗(yàn)；此外，還配有扁形噴嘴（寬15mm、長150mm），可進(jìn)行扁射流實(shí)驗(yàn)。噴嘴置于試驗(yàn)臺的穩(wěn)壓箱底部，噴嘴右側(cè)安裝畢托管和測量x標(biāo)尺 y標(biāo)尺，畢托管和微壓計(jì)相連，以測定各斷面的流速分布。

圓柱形噴嘴半徑      γ₀ =15mm

扁形（條縫形）噴嘴

噴口半寬            b₀ =15mm

噴口長              ι=150mm  

二、 實(shí)驗(yàn)基本原理：

㈠測定紊流系數(shù)

      ⑴根據(jù)射流的運(yùn)動特性，射流起始段及基本段（射程）各斷面上的無量綱（無因次）速度，隨無量綱坐標(biāo)的分布具有相似性。用射流運(yùn)動特征公式表示即為：

     （1）

式中：y ——測點(diǎn)距軸心的距離（m）；y₀為射流的半寬度，可按下式計(jì)算：

      R ——同截面上邊界層厚度（m）；

     υ——測點(diǎn)流速（m/s）；

υ_m ——斷面軸心流速（m/s）。

由此可驗(yàn)證無量綱速度分布的相似性。

⑵射流基本段軸心速度公式

①圓射流

        （2）

②扁射流

                    （3）

式中：γ₀——圓射流出口半徑（m）

b₀——扁射流出口半寬（m）

             s——射流之射程（m）

υ₀——噴口處流速（m/s） 

在基本段（射程）內(nèi)選取3的個(gè)橫斷面，將所測得的各斷面的υ₀ ，s及噴口的υ₀及γ₀（或b₀）代入式（2）或式（3），便得出3個(gè)α值，取平均值，即得紊流系數(shù)α。

㈡測定流速

   （4）  

式中：y₀——射流半徑

r₀——噴嘴半徑

X——自噴嘴出口至實(shí)驗(yàn)斷面的距離

θ——擴(kuò)散角

          5）

式中：u——測點(diǎn)流速

c——畢托管修正系數(shù)0.98~1

——畢托管壓差

ρ——空氣密度

        （6）

式中： u_m——測量斷面中心流速

y——測點(diǎn)距中心的距離

1.用畢托管在噴嘴出口斷面定出中心坐標(biāo)即Y_中心，并記錄該值。