自由沉没射流
喷气引纬是依靠主喷嘴和辅助喷嘴的射流来牵引纬纱。压缩空气从喷管流出后,不受固体边界的限制,在静止的大气空间中扩张的流动称为自由沉没射流,简称射流,对圆形喷管,其射流为圆射流,如图-17(a)所示。圆射流以Ox为对称轴,扩散为一锥体,称为扩散锥,锥顶角α为扩散角。射流的射程与扩散角大小有关,α一般为12°~15°,减小扩散角有利于射流的集束,以延长射流的射程。扩散角受喷嘴紊流系数影响,出流孔的孔径与长度比例、孔的表面光洁程度都是重要的影响因素。
在射流的边界,气流除了存在沿轴线方向的运动外,还存在垂直于射流轴向的运动,由于喷出的气流与周围静止的空气之间存在速度梯度(速度差),所以靠近边界的射流脉动微团,要与周围的静止空气发生掺混,结果是射流将自己的一部分动能传递给周围空气,射流的流速因此而衰减,此为射流的扩散作用。同时,一部分原来静止的空气被射流带着向前运动,即为射流的卷吸作用。在射流初始段,射流流速很高,负静压显著,于是周围的空气在静压差作用下不断流向射流,产生了明显的射流卷吸作用。随着射流流速的不断衰减,这种卷吸作用将逐渐削弱。由于扩散和卷吸的共同作用使射流截面不断扩大,流速迅速下降。射流中心的流速ν呈衰减曲线,如图6—17(b)所示,其中ν0为喷嘴出口处中心点的流速。
图6—17(a)中阴影部分为射流的核心区,其余部分为混合区。随着射流向前发展,核心区逐渐缩小,混合区逐渐扩大,从喷嘴的出口到核心区的顶点为射流的初始段,如图中的区间A,它由核心区和混合区两部分组成。射流出了初始段后进入基本段,如图中的区问B,此时核心区已经消失。图6-17(a)中ξ为圆射流在η截面上的速度分布曲线,曲线反映了核心区内各点的射流流速相等(核心区内每个点的
核心区的长度为S0为:
式中:D——喷管直径,m;
c——试验常数,圆射流为0.335;
δ——喷嘴紊流系数,圆形喷嘴为0.97。
过了核心区以后,射流在同一截面上的速度分布规律是越接近于轴心速度越大,且射流沿轴心线上的速度νx可按下面的经验公式计算。
式中:ν0——喷嘴出口的中心气流速度,m/s;
x——距喷嘴出口的距离,m;
νx——距喷嘴出口距离为x处的射流中心点流速,m/s;
R0——喷嘴半径,m。