射流卷吸
把流体从一个小喷嘴挤出去,它会以又细又快的射流冲出。但射流并不是一根孤立的线:它在边缘抓住旁边的静止流体,把它一起带走。每往下游走一段,射流就收进更多流体,于是越变越宽、越走越慢——一束小流,变成一股大而缓的流。
把流体从一个小喷嘴挤出去,它会以又细又快的射流冲出。但射流并不是一根孤立的线:它在边缘抓住旁边的静止流体,把它一起带走。每往下游走一段,射流就收进更多流体,于是越变越宽、越走越慢——一束小流,变成一股大而缓的流。
朝房间里吹一股细细的气流,它不会一直保持细。它会稳定地变宽,等吹到对面的墙时,它带动的空气已经远多于离开你嘴唇的那一口。这就是卷吸:运动的射流靠摩擦抓住周围的静止流体并把它拖走,于是流束一边前进一边收集流体。
左侧的喷嘴把一股又慢又宽的供给变成又细又快的射流。虚线的锥体是掺混边界,也就是快射流与静止的环境流体互相摩擦的分界。箭头表示流体正被卷吸,从两侧被拉进来。三块阴影是速度剖面:靠近喷嘴时射流窄而快,越往下游越宽、越慢。
卷吸正是射流泵与喷射器无需活动部件就能搬动流体的诀窍,也是气流倍增器把少量压缩空气变成大量室内空气的原理,还出现在化油器、烟囱和喷雾嘴中。它同样解释了为什么一股烟会边升边散,以及为什么开着的窗户在远离缝隙的地方也让人感觉有风。
收敛喷嘴把又宽又慢的供给逼过一个小口,流体便以又细又快的射流冲出。它的全部动量都压在很小的截面上,这让它有能力抓住周围的流体。
在射流边缘,快的流体和静的流体互相摩擦。摩擦拖着静止流体动起来,同时让快流体慢下来,两者之间于是形成一层掺混边界。
边缘的流体一旦动起来,就在原地留下一个低压的空当,新的流体便流过来填补。流体从四面八方被吸进来——这股稳定的吸入就是卷吸,它意味着射流早已不再是出发时的那束流。
射流每多收集一股流体,就得把它一并送到下游,于是流束随距离越来越宽。张角很小却很稳定,射流最终成为一个扩散的锥体。
喷嘴给出的推力大致不变,但现在它分摊在更多流体上。射流变宽时中轴线上的速度下降,而中央逐渐缩小的势核里仍保留着最快的流动。
射流卷吸是指高速运动的射流把周围静止的流体也拖着一块儿走。射流与周围流体在边缘互相摩擦,这种掺混就把越来越多的周围流体拉进运动的流束里。
因为它不断从两侧卷吸流体。它每多带走一股流体,这股流体就得被送到下游,于是离喷嘴越远,射流就越宽,张成一个扩散的锥体。
不是。总动量大致不变,但现在被分给了更多的流体,所以中轴线上的峰值速度会下降。越往下游,射流搬动的流体越多,但搬得越慢。
射流的中心最快、也最完整,称为势核。掺混发生在快射流与慢流体交界的剪切层里,所以真正发生卷吸的是边缘。
它驱动无需活动部件就能搬动流体的射流泵和喷射器,驱动把少量压缩空气放大成大量室内空气的气流倍增器,也出现在烟囱、化油器和喷雾嘴中——喷雾嘴正是靠它吸入空气来把液体打碎。