1.      概述

气体射流设常见的流动状态之一，根据理想不可压流体的伯努利（D.Bernoulli）方程，

静止气体以一定压力从小孔流出到大气时，形成自由射流。亚音速下的湍射流有以下流动特征：在射流出口初始段存在一个轴向速度相对均匀的核心区，核心区边缘形成具有一定厚度的射流边界层，随着距离的增大，核心区愈来愈小，边界层逐渐扩展，平均速度降低，湍流度增大。随着核心区的消失，射流进入发展段，轴向速度逐渐降低，边界层进一步扩大，大约到20倍直径时，平均速度和湍流度均趋于均匀（见图1）。

图1  气体自由射流的结构图形                                                                                                                                                                                                                          

    采用一维LDV系统可以方便而有效的测量得到空气射流的速度特性，不需要复杂的实验设备，从而验证LDV测量的可靠性。图2是应用一维LDV得到的轴对称射流初始段轴向平均速度和湍流度分布，还有与热线风速仪的测量结果相比较。

           图2. 轴对称射流初始段轴向平均速度和湍流度分布

2.      实验装置与步骤

图3 是LDV测量空气自由射流速度分布实验装置示意图。包括一台一维LDV

系统、射流模型、粒子发生器和坐标架等。为了得到均匀合格的射流流场，流动模型需要精心设计，而且速度可以连续调节。如果用户拥有低速风洞，此实验也可以在风洞中进行。否则，就要设计制造一台小型的射流风洞，图4 是两种射流模型可供选择，粒子发生器可以采用超声波发生器，它能产生微米量级的水雾，也可以在高速时添加一些折射率高的散射微粒以提高散射光强度。为了得到速度场的速度剖面，应当配备一台二维或三维坐标架，用来移动测量点的位置，得到流场的速度分布。

实验步骤分为三步：

A.     安装并调试好LDV装置，使得测量点对准距离风洞出口中心5mm的地方，然后沿Y轴半径方向移动测量点， 得到轴向速度沿径向速度分布。

B.      将LDV测量点沿X方向移动一个距离，再沿径向移动测量点，逐点测量得到另一个速度分布。

C.      根据测量所得结果，可以绘出如图1 的速度和湍流度分布图。

             图3 一维LDV测量自由空气射流速度分布

图4. 两种射流模型

3.      实验报告要求

A.     根据实验测量结果绘出左右射初始区的平均速度分布和湍流度分布。

B.      对实验结果进行分析和评价，并提出改进意见。