半封闭圆管冲击射流紊动特性PIV试验研究

来源：水利水运工程学报杂志 2025年第4期北京时间：

作者：陈明,郭佳,黄海津,杨岚彬,周绪生

摘要：冲击射流作为一种高效的质量、动量及能量传递技术，广泛应用于水利工程、热工设备及清洗系统等工程领域。在实际应用中，射流常受到结构空间的限制，形成半封闭冲击射流，其特征为喷嘴出口存在与冲击板平行的半封闭板，使射流流场结构更加复杂，湍流特性显著变化。采用二维粒子图像测速技术，对不同冲击距条件下的半封闭圆管冲击射流流场进行了试验研究。通过获取射流中心面上的瞬时速度场，重点分析了紊动能、脉动速度概率密度、偏斜因子、平坦因子及两点相关函数的沿程演化规律。结果表明，随着冲击距的增大，自由射流剪切层内紊动能峰值及高紊动能区域均显著增大，而壁面射流区紊动能峰值呈现先增后减趋势；其中，壁面紊动能局部峰值沿径向呈指数衰减，其半值宽随径向线性增长，且扩展率与衰减指数对冲击距变化不敏感。脉动速度概率密度分析显示，射流中心线上轴向脉动速度分布由瘦高逐渐趋于扁平，壁面射流区的径向脉动速度分布则由扁平转向瘦高；进一步的偏斜因子与平坦因子分析表明，射流中心线上轴向脉动速度分布呈左偏态且陡峭特性，壁面射流区径向脉动速度分布则呈右偏态且陡峭特性，表明射流发展过程中存在非高斯性与间歇性特征。两点相关函数分析显示，积分长度尺度随射流发展沿程增大，表明湍流结构在沿程发展中不断合并、扩大。本研究深化了对半封闭冲击射流紊动特性的理解，为其在质量、动量及能量传递中的机理分析提供了试验支撑，并为相关工程应用中的结构优化与性能提升提供了理论依据。

关键词：冲击射流, 封闭板, 紊动能, 高阶速度矩, 两点相关函数