从喷口喷出来的直流射流,具有较高的初速,一般其雷诺数Re≥106,因此燃烧器喷射出来的射流都是湍流射流。而且射流射入一个很大的空间后不受任何固体壁面的限制,这种气流就是直流自由射流。
当射流射到大空间中去时,在湍流扩散的作用下,射流边界上的流体微团就与周围气体发生热质交换和动量交换,将一部分周围气体卷吸到射流中来,并随射流一起运动,因而射流的横截面不断扩大,流量不断增加,但却使射流的速度逐渐减慢,射流的结构特性及速度分布如图1(1 -喷口;2-射流等速核心区;3-射流边界层;4-射流的外边界;5-射流内边界;6-射流源点;7-扩展角;8-速度分布)所示。
射流自喷口喷出后,仅在边界层处有周围气体被卷吸进来。在射流中心尚未被周围气体混入的地方,仍然保持初速度,这个保持初速为w0的三角形区域称为射流等速核心区,核心区内的流体完全是射流本身的流体。在核心区维持初速w0的边界称为内边界,射流与周围气体的边界(此处流速wx→0)称为射流的外边界。内外边界问就是湍流边界层,湍流边界层内的流体是射流本身的流体以及卷吸进来的周围气体。从喷口喷出来的射流到一定距离,核心区便消失,只在射流中心轴线上某点处尚保持初速w0,此处对应的截面称为射流的转折截面。在转折截面前的射流段称为初始段,在转折截面以后的射流称为基本段,基本段中射流的轴心速度也开始逐步衰减。
射流的内、外边界都可近似地认为是一条直线,射流的外边界线相交之点称为源点,其交角称为扩展角。扩展角的大小与射流喷口的截面形状和喷口出口速度分布情况有关。因为射流的初始段很短,仅为喷口直径的2~4倍,这段距离在煤粉炉中尚处于着火准备阶段。因此,在实际锅炉工作中,主要研究基本段的射流特性。这些特性参数包括速度分布、射程、扩展角等。