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沈陽奧拓福科技股份有限公司
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閱讀：18發布時間：2024-11-7
射流是一種孔口或狹縫處流動現象。工程所用的水射流大多是湍流流動，其實際結構和運動機理復雜。在流體力學理論分析上，其流動的基本圖形是邊界層流動。1974年，日本學者Yanaida和Ohashi首先用幾何圖形描述了水射流的特征圖，經眾多學者的試驗與豐富，國際上水射流學術界的射流結構圖如圖2.2所示
在噴嘴出口處，射流的速度均勻，射流噴嘴出口處，產生射流卷吸，卷吸了周圍的介質，與環境介質形成的邊界層存在極大的速度差，產生一個垂直于射流軸心方向的力，該力與速度差成正比。在力及射流內部湍流波動作用下，與環境介質發生的質量和動量交換，使射流表面出現波狀分離。其構成及波長依賴于射流排出工況。射流流體與環境介質的質量及動量交換過程也即是射流的傳播與擴散過程。射流的擴散首先開始于射流表面并逐漸向軸心發展。因而，在距噴嘴一定距離內形成一錐形等速流核區。射流核區流軸向動壓力、流速基本保持不變。射流的邊界變寬、速度降低使速度保持初始速度不變的區域也不斷減少。速度為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邊界，內外邊界之間的區域為邊界層。
顯然，邊界層的寬度隨著離開出口的靶距而不斷擴張，導致射流中保持初始速度不變的區域不斷減少，使更多的水卷入射流流動。當內邊界線與射流軸線相交時，即射流截面上只有軸線上的速度為初始速度時稱這個射流界面為轉折面，在轉折面之前，射流軸線上的速度始終保持初始速度不變;在轉折面之后，射流軸心線上的速度開始逐漸衰減。
在射流的外邊界上，射流與周圍介質相互作用將產生極不穩定的漩渦，這些大大小小的漩渦運動和分布都是雜亂無章的、隨機的，在邊界層內由于漩渦的運動使流體質點之間產生交換，交換的結果是:在射流邊界層內產生沿射流橫向和軸向的時均速度變化。
圖2.2中將射流分為初始段、基本段和消散段。
(1)射流初始段
由噴嘴出口至轉折面區域。射流一離開噴嘴就與環境介質發生劇烈的動量交換和紊動擴散，但仍有一部分處于中心線附近的射流介質保持噴嘴出口初始速度，這部分介質組成了等速核心，是射流的精華。在等速核心的內部不存在橫向部分或縱向的速度梯度，各點的速度大小、方向均相同，因此它屬于一種有勢流動(無旋運動)，等速核心也叫勢流核。
射流的內邊界和外邊界之間的區域為剪切層，該區域是由射流介質與環境介質相摻混而形成的穩流混合區，在該區內存在速度梯度，因而產生雷諾應力，隨著靶距的增加核心區逐漸減少。
（2）射流基本段
轉折面以后消散段間的區域。射流起始段后較長一段射流為射流基本段。該段流軸向流速及動壓力逐漸減少，其變化呈雙曲線關系。而在垂直于軸心的截面上，軸向動壓力與流速自值迅速減至邊界上的最小值，其變化呈高斯曲線關系。同時，該段流仍保持完整，并且有緊密的內部結構。
在該段中射流的紊動特性充分地表現出來，該區域也是由射流介質與環境介質互相摻混而形成的紊流混合區，與射流初始段混合區沒有本質的區別，只是在射流基本段內被卷吸的環境介質增多，混合區的平均速度逐漸地減少，對于高速射流而言，這兩個混合區的雷諾數都在紊流區內，因此，兩個混合區的速度分布規律應是相互的。
(3)射流消散段
基本段以外的區域。射流基本段后即為射流消散段。此時射流與環境介質已混合，射流軸向速度與動壓力相對較低。如在大氣中，則已變成水滴與空氣的混合物或霧化。顯然在射流消散段，射流介質卷吸環境介質的能力基本殆盡，霧化區的作用基本模糊了邊界層，有邊界向軸心連線表明該點所在軸心面是霧化區的開始。射流在該區域已沒有什么凝聚力了，這就是靶距的概念。
這一應用經驗應看做是靶距概念的延伸。由于射流基本段與消散段間的劃分較為模糊，兩段間無明顯的特征變化界面，因而許多學者只把射流分成起始段和基本段兩段加以討論。
射流各段在工程應用中具有不同的功能。起始段用于材料切割有效，而基本段對清洗、除銹、修整加工、表面拋光及去毛刺等作業更為有利。消散段則主要應用于射流降塵除塵等工藝中。
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