TRL空氣動力學多功能實驗臺（風洞）

紊流射流自噴嘴出口以均勻的流速射入靜止的環境中時與周圍靜止的流體之間形成速度不連續的間斷面，間斷面因受干擾失去穩定而產生旋渦，旋渦卷吸周圍流體而進入射流，同時不斷移動、變形、分裂產生紊動，其影響逐漸向內外兩側發展；形成內外兩個自由紊動的混合層，因整個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。卷吸與混摻的結果，使射流斷面不斷擴大，而流速不斷降低，流量沿程增加。

由于紊流的間歇現象，射流邊界實際上是一個由紊動渦體和周圍勢流交錯組成的不規則面，但實際分析時從統計平均意義上把射流邊界看成線性擴展的界面。將主體段的邊界線延長交于O點，O點為射流極點。

紊流射流在形成穩定的流動形態后，整個射流分成幾個區段，由噴嘴邊界起向內外擴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，用無量綱的半徑驗公式來表示。

                                （21）

式中：  U——測點流速，m/s;

  U_m——量測斷面中心點流速，m/s;

y——測點到軸心的距離，m;

y₀——射流半寬，可按下式估算

式中：R——噴嘴半徑，m;

X——自噴嘴出口到實驗斷面之間的距離，m

θ——射流擴散角。

（估算數值，僅供參考，實驗時應以該測點U=0為判斷條件）。  

一、 實驗裝置

阻尼網穩壓箱本裝置配有2種不同的射流噴口，實驗時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段上，均可作圓射流實驗；此外，還配有扁形噴嘴（寬15mm、長150mm），可進行扁射流實驗。噴嘴置于試驗臺的穩壓箱底部，噴嘴右側安裝畢托管和測量x標尺 y標尺，畢托管和微壓計相連，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、 實驗基本原理：

㈠測定紊流系數

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

    （1）

式中：y ——測點距軸心的距離（m）；y₀為射流的半寬度，可按下式計算：

     R ——同截面上邊界層厚度（m）；

    υ——測點流速（m/s）；

υ_m ——斷面軸心流速（m/s）。

由此可驗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）內選取3的個橫斷面，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α值，取平均值，即得紊流系數α。

㈡測定流速

  （4）  

式中：y₀——射流半徑

r₀——噴嘴半徑

X——自噴嘴出口至實驗斷面的距離

θ——擴散角

      5）

式中：u——測點流速

c——畢托管修正系數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——測點距中心的距離

1.用畢托管在噴嘴出口斷面定出中心坐標即Y_中心，并記錄該值。