流体机械

参数	工作管直径 $D i n$ /mm	被吸管直径 $D s$ /mm	喉管直径 $D t h$ /mm	出口管直径 $D o u t$ /mm	喷嘴直径 $D n$ /mm	面积比 $m$	收缩角 $α$ /（°）	扩散角 $β$ /（°）
数值	25	32	16	50	8，10，12	4，2.56，1.78	45	12

参数

工作管直径

D i n

/mm

被吸管直径

D s

/mm

喉管直径

D t h

/mm

出口管直径

D o u t

/mm

喷嘴直径

D n

/mm

面积比

m

收缩角

α

/（°）

扩散角

β

/（°）

数值

8，10，12

4，2.56，1.78

参数	工作管直径 $D i n$ /mm	被吸管直径 $D s$ /mm	喉管直径 $D t h$ /mm	出口管直径 $D o u t$ /mm	喷嘴直径 $D n$ /mm	面积比 $m$	收缩角 $α$ /（°）	扩散角 $β$ /（°）
数值	25	32	16	50	8，10，12	4，2.56，1.78	45	12

参数

工作管直径

D i n

/mm

被吸管直径

D s

/mm

喉管直径

D t h

/mm

出口管直径

D o u t

/mm

喷嘴直径

D n

/mm

面积比

m

收缩角

α

/（°）

扩散角

β

/（°）

数值

8，10，12

4，2.56，1.78

仪器名称	生产厂家	量程	精度	采样率
电磁流量计	Krohne	5 L/min	0.5%	5 kHz
低频压力传感器	武汉超宇	1 MPa	0.5%	5 kHz
高频脉动压力传感器	南京宏沐	0.6 MPa	0.2%	200 kHz

仪器名称

生产厂家

量程

精度

采样率

电磁流量计

Krohne

5 L/min

0.5%

5 kHz

低频压力传感器

武汉超宇

1 MPa

0.5%

5 kHz

高频脉动压力传感器

南京宏沐

0.6 MPa

0.2%

200 kHz

仪器名称	生产厂家	量程	精度	采样率
电磁流量计	Krohne	5 L/min	0.5%	5 kHz
低频压力传感器	武汉超宇	1 MPa	0.5%	5 kHz
高频脉动压力传感器	南京宏沐	0.6 MPa	0.2%	200 kHz

仪器名称

生产厂家

量程

精度

采样率

电磁流量计

Krohne

5 L/min

0.5%

5 kHz

低频压力传感器

武汉超宇

1 MPa

0.5%

5 kHz

高频脉动压力传感器

南京宏沐

0.6 MPa

0.2%

200 kHz

射流泵流动特性的PIV试验研究

王乐 ¹^,² , 梁蕴致 ¹^,² , 姚伍平 ³ , 李红钢 ³ , 莫小瑜 ¹^,² , 龙新平 ¹^,²

流体机械 | 试验研究 2026,54(2): 1-9

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流体机械 |试验研究 2026 , 54 (2) : 1 -9

射流泵流动特性的PIV试验研究

全屏

王乐¹^,², 梁蕴致¹^,², 姚伍平³, 李红钢³, 莫小瑜¹^,², 龙新平¹^,²

作者信息

¹武汉大学动力与机械学院，武汉 430072

²水射流理论与新技术湖北省重点实验室，武汉 430072

³武汉第二船舶设计研究所，武汉 430064

通讯作者:

龙新平（1967），男，教授，博士生导师，研究方向为流体喷射技术、泵与泵装置的优化运行，通信地址：430072湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学动力与机械学院，E-mail：xplong@whu.edu.cn。

作者简介:

王乐（2001），男，硕士研究生，研究方向为流体喷射技术，通信地址：430072湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学动力与机械学院，E-mail：wangle2001@whu.edu.cn。

PIV experimental study on flow characteristics of a jet pump

Le WANG¹^,², Yunzhi LIANG¹^,², Wuping YAO³, Honggang LI³, Xiaoyu MO¹^,², Xinping LONG¹^,²

Affiliations

¹School of Power and Mechanical Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China

²Key Laboratory of Hubei Province for Waterjet Theory & New Technology，Wuhan 430072，China

³Wuhan Second Ship Design and Reserch Institute，Wuhan 430064，China

出版时间: 2026-02-28 doi: 10.3969/j.issn.1005-0329.2026.02.001

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摘要

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为深入探究射流泵内部复杂流动机理，基于高精度粒子图像测速（PIV）系统，对射流泵内部有限空间射流流场进行二维可视化测量与定量分析，重点研究了面积比m与流量比q对其流动特性的调控机制。结果表明，流核区长度随q减小而缩短，m越小，缩短速率越快；轴心速度在吸入室内先加速、后衰减，而衰减速率与q负相关；回流区的高度和宽度与q负相关，与m正相关，当m=4，q=0.534时，回流区无量纲高度和宽度分别为0.26与0.73，当q降至0.04时，高度增加到0.6，而宽度则大幅增加至4.37；射流半宽随轴向距离先增加后稳定，q则影响中游半宽分布；流动中上游速度分布呈现部分自模化状态，下游呈现管流特性；径向速度呈反对称分布，速度峰值随q减小降低，速度方向的转变影响射流的加速和衰减；喉管入口为压力最低点，q对喉管和扩散管内沿程压力的上升幅度具有显著影响；瞬态流场出现射流边界波动、尾迹振荡及流核间断等复杂流动结构；展向涡在喷嘴出口生成并沿剪切层分布，q的减小加剧涡对流核区的侵蚀，促进湍流融合与涡量耗散。研究结果为射流泵的优化设计提供可靠的试验依据。

关键词

射流泵 / 粒子图像测速（PIV） / 流动特性 / 面积比 / 流量比

Abstract

收起

To deeply investigate the complex flow mechanisms inside a jet pump，2D visual measurement and quantitative analysis of the confined space jet flow field inside the jet pump were carried out based on a high‑precision particle image velocimetry （PIV） system.The study focused on the regulatory mechanisms of the area ratio m and the flow rate ratio q on its flow characteristics.The results indicate that the length of the potential core decreases as q decreases，and the smaller the m，the faster the shortening rate.The axial velocity accelerates first and then decays within the suction chamber，and the decay rate is negatively correlated with q.The height and width of the recirculation zone are negatively correlated with q and positively correlated with m.When m=4 and q=0.534，the dimensionless height and width of the recirculation zone are 0.26 and 0.73，respectively；when q drops to 0.04，the height increases to 0.6，while the width increases significantly to 4.37.The jet half‑width first increases with axial distance and then stabilizes，with q influencing the half‑width distribution in the midstream.The velocity distribution in the midstream and upstream exhibits a partial self‑similarity state，while the downstream displays pipe flow characteristics.The radial velocity shows an antisymmetric distribution，with the peak velocity decreasing as q decreases；the change in velocity direction affects the acceleration and deceleration of the jet.The throat inlet is the point of minimum pressure，and q has a significant influence on the magnitude of the pressure rise along the throat and diffuser.Complex flow structures such as jet boundary fluctuations，wake oscillations，and potential core intermittency appear in the transient flow field.Spanwise vortices are generated at the nozzle exit and distributed along the shear layer；a decrease in q intensifies the erosion of the vortex core region，promoting turbulent mixing and vorticity dissipation.The results of this study provide a reliable experimental basis for the optimal design of jet pumps.

Key words

jet pump / particle image velocimetry （PIV） / flow characteristics / area ratio / flow rate ratio

引用本文

王乐, 梁蕴致, 姚伍平, 李红钢, 莫小瑜, 龙新平. 射流泵流动特性的PIV试验研究. 流体机械, 2026 , 54 (2) : 1 -9 . DOI: 10.3969/j.issn.1005-0329.2026.02.001

Le WANG, Yunzhi LIANG, Wuping YAO, Honggang LI, Xiaoyu MO, Xinping LONG. PIV experimental study on flow characteristics of a jet pump[J]. Fluid Machinery, 2026 , 54 (2) : 1 -9 . DOI: 10.3969/j.issn.1005-0329.2026.02.001

正文

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0　引言

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射流泵是一种利用射流紊动扩散作用来传能传质的特种流体机械和混合反应设备，其具有无运动部件、可靠性高、维护方便和适应性强等突出优点^［1］，广泛应用于石油化工、核能工程、航空航天等国民经济关键领域，例如井下油气开采、水下矿物输运、核电站废料喷射处理、飞机燃油系统供油等。然而，射流泵内部流动为有收缩和扩展区域的有限空间射流，涉及有逆压梯度下工作流体与被吸流体的高速掺混、剪切层发展、边界层分离及回流区形成等诸多复杂的流动现象^［2］，这些流动特性对射流泵的能量传递效率、运行稳定性及可靠性具有重要影响。在核能工程、航空航天等应用场景中，设备流动性能的异常甚至可能引发系统失效或安全事故。因此，深入研究射流泵内部流动机理，对提升其性能与运行安全性具有重要意义。

目前，研究射流泵内部流动特性的方法主要包括理论分析、数值模拟和试验测量三类。受射流泵细长体结构的影响，理论分析通常采用一维^［3］或准二维方法^［4］对流动过程进行简化处理。这些方法在不同程度上忽略了射流径向分布的影响，需要引入一系列经验系数进行修正。数值模拟方法虽在射流泵研究中取得了诸多进展^［5-8］，但数值模型与物理实体往往存在一定差别，加之射流泵内部为复杂的湍射流流动，数值结果的可靠性和准确性受到多种因素的影响。相比之下，试验研究能够直接观测流场结构，获取真实的流动信息，为理论模型和数值计算提供重要依据。早期射流泵试验多采用毕托管与热线风速仪等接触式测量手段获取流速的时均值和脉动信息^［9］，但这些方法会对流场产生干扰，影响测量真实性。SUZUKI等^［10］将激光多普勒测速（LDV）技术应用于研究等径直管内有限空间射流场的回流区热传导问题；龙新平^［11］进一步利用LDV技术对射流泵内部流场进行了一维测量，推动了非接触测量技术在该领域的应用。

与传统测量技术相比，粒子图像测速（PIV）技术突破了单点测量的局限，凭借非侵入式、高时空分辨率及全场同步测量等优势，能够精确捕捉复杂流动结构，为流场的可视化与定量分析提供了全新途径^［12-13］。袁丹青等^［14-15］分别采用PIV对多喷嘴和单喷嘴的射流泵内部流场进行了测量，成功获取了轴向速度分布信息。然而，上述研究普遍存在拍摄频率较低、脉动噪声显著等问题，难以实现对湍流结构的精细捕捉，以及对高精度仿真结果的有效支撑，并且其试验工况设置也较为单一，只给出了轴向速度的时均分布，缺乏对流动特性的系统分析。这些不足在一定程度上制约了射流泵优化设计与性能提升。

本文基于高精度高频PIV试验，系统探究射流泵内部流动特性，重点分析面积比和流量比对有限空间射流结构的调控机制和影响规律，主要包括流核区长度变化、轴向速度衰减、回流区特征、射流半宽分布、轴向速度的径向分布、径向速度分布、壁面沿程压力分布、瞬时速度分布，以及瞬时涡量分布情况，为射流泵流动机理与内部流动特性研究、射流泵结构优化与效率提升提供试验支撑。

1　试验装置与测试系统

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1.1　射流泵模型结构

试验所用射流泵结构模型如图1所示。

工作管材料为不锈钢，喷嘴材料为纯铜，直径分别为8，10，12 mm，喉管直径为16 mm保持不变，对应面积比m为4，2.56，1.78，其余管段均为有机玻璃制成。为了减少折射的影响，射流泵测试段做成方形。在喉管入口到扩散管中段的壁面处等距设置了6个高频脉动压力传感器，以监测射流泵内沿程压力的变化。图1中，x轴表示轴向方向，y轴表示径向方向，坐标原点位于喷嘴出口截面中心处。具体结构参数如表1所示。

1.2　试验装置

所用的测试系统由射流泵循环装置和PIV测试系统组成，如图2所示。其中，射流泵循环装置由射流泵、离心泵、水箱、流量计、压力传感器，以及若干阀门和管道组成。

离心泵将水从水箱中加压后送入工作管，高压工作水流经过进口阀门、进口流量传感器EMF1和进口压力传感器PS1后从射流泵的喷嘴喷出，形成高速射流；由于射流的紊动扩散作用将水箱中的水压入吸入管，被吸流体经过被吸口阀门、被吸口流量传感器EMF2和被吸口压力传感器PS2后进入吸入室，两股流体在吸入室和喉管中发生动量和能量的交换后，在下游形成混合水流；而后经过扩散管的升压进入出口管，混合水流最后经过出口压力传感器PS3、出口流量传感器EMF3，以及出口阀门流回水箱，整个循环过程完成。测量仪器参数如表2所示，其中，压力传感器均为绝对压力传感器。

试验过程中，通过更换不同直径的喷嘴改变射流泵的面积比m（m=喉管截面积A_th/喷嘴出口截面积A_n），调节进口阀门与出口阀门的开度改变流量比q（q=被吸流体体积流量Q_s/工作流体体积流量Q₀），以实现不同试验工况的转变。

1.3　PIV测试系统与测试设置

PIV测试系统采用LaVision公司设计的高频PIV系统，支持2D-2C与2D-3C两种测量模式。鉴于射流泵内部结构呈轴对称，且垂直于拍摄平面的速度分量影响较小，因此，选用2D-2C模式进行图像采集。系统主要组成部分包括：VEO E-340L高速相机、尼康Z105微距镜头、DMX30-527-DH高频双脉冲激光器、高速可编程同步控制器，以及Davis数据分析软件，如图2（b）所示。其中，高速相机分辨率为1280×800像素，最高拍摄频率达9 250 Hz；镜头焦距为105 mm；激光器工作波长为527 nm，最大重复频率为10 kHz。

试验前，在流场中均匀散布粒径为9~13 μm的玻璃空心球示踪粒子（LaVision公司）。脉冲激光器发出的激光经组合透镜整形为片光光源，自上向下照明射流泵内自喷嘴出口至扩散管出口轴线处一层厚度约1 mm的测量区域。高速相机垂直于该片光区域布置，具体如图2（b）所示。拍摄前使用刻度尺在同一平面内进行标定，以保证测量结果的准确性。文中试验PIV测量的总体误差约为1%。

图像采集过程中，相机设置为双帧双曝光模式，分辨率设为2 560×800，拍摄频率为1 000 Hz。为确定图像数量对计算结果的影响，在相同工况下分别采集100，200，300，500 张图像，并进行对比分析。结果表明，图像数量超过200 张后，计算精度提升有限。综合考虑计算资源与结果准确性，最终每个工况采集200 张图像，对应流动时长为0.2 s。根据不同工况下喷嘴出口的理论流速，设定两束激光脉冲之间的时间间隔Δt，确保示踪粒子在Δt内的位移处于5~10像素范围内。通过对连续两帧粒子图像进行数字化处理与互相关分析，获得射流泵内部流场分布。为减少空化效应对拍摄质量的影响，试验主要在无空化或弱空化工况下进行。

2　结果与分析

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2.1　轴向速度分布特征

2.1.1　流核区长度变化

流核区是射流泵高速射流的核心区域，其长度直接决定射流的有效作用范围，影响能量的传递效率。为研究流核区长度与流量比的变化关系，将试验拍摄的图像进行时均处理，得到不同流量比工况的轴向速度时均值分布云图（以m=4为例），如图3所示。

当流量比较大时，射流泵流核区可以扩展到扩散管中，相同面积比下，流核区长度随流量比的减小而缩短，这是由于被吸流体流量的降低使其与工作流体的相互作用提前，工作流体的动量更早地被消耗。

为进一步定量描述流核区长度的变化规律，以流场中轴向速度大于等于喷嘴出口截面平均速度的95%作为划定流核区范围的依据^［16］，以流核区末端到喷嘴出口的轴向距离L_c作为流核区长度，并用喷嘴直径D_n将其无量纲化，得到不同面积比下流核区长度随流量比的变化关系，如图4所示。可以看出，不同面积比下，流核区长度均随流量比的减小而缩短；当m=4和m=2.56时，流核区长度随流量比的变化近似线性；当m=1.78时，则呈现近似二次曲线的变化，q从0.538降至0时，L_c/D_n由9.8缩短至1.5，缩短幅度达到85%。可见面积比越小，流核随流量比的减小而缩短的速率越快。

2.1.2　轴心线速度衰减

提取不同工况下射流轴心线上的轴向速度值，并以喷嘴出口流速U_n对其进行无量纲化处理。以m=2.56为例，不同流量比下轴心线速度衰减情况如图5所示。可以看出，不同工况下轴心速度变化趋势一致：在初始阶段，由于工作流体射流核心的动量较为集中，且受被吸流体影响较小，射流从喷嘴喷出后并不会直接衰减，而是随吸入室断面的收缩，吸入压力进一步下降，在吸入室内产生一定加速效果，进入喉管后，由于高速的工作流体与低速的被吸流体之间存在剪切层，能量传递给被吸流体，剪切作用使得能量逐渐消耗，轴心速度不断衰减。流量比越小的工况，剪切层内的速度梯度越大，流核区能量耗散就越快，当q减小到0时，工作流体与被吸流体之间的速度梯度达到最大，剪切作用最强，轴心速度衰减得最快。

2.1.3　回流区特征

回流区是一个在射流泵内可能存在的区域。如果射流在扩展到固壁之前卷吸了所有的被引射流，则固壁边界层会发生分离，在流动方向上产生回流，故称之为回流区^［17］。回流区的产生涉及流体的分离和再附，对射流泵的混合效率及性能稳定有着显著影响。图6示出回流区范围。找到中心点即可确定回流产生的位置，找到分离点和再附着点即可确定回流区的范围。

研究表明^［18］，在有限空间射流中，面积比m和流量比q两个参数对回流区的大小具有显著影响。为研究此2个参数对回流区的调控机制，定量准确描述回流区的大小，令H为回流区的高度，定义为回流区到壁面最远的距离；W为回流区宽度，定义为分离点与再附着点的轴向距离。用喷嘴直径D_n对H和W进行无量纲化，得到各面积比下回流区的高度和宽度的变化规律，如图7所示。可以看出，不同面积比下，回流区的高度和宽度均随流量比的增大而减小，并且相对于高度，回流区的宽度变化范围更大。m=4，q=0.534时，H/D_n=0.26，W/D_n=0.73；当q降至0.04时，H/D_n=0.6，W/D_n=4.37。而相同流量比下，面积比越小，回流区的高度和宽度也越小。这是因为流核的存在限制了回流区在径向上的扩展，而面积比越小、喷嘴直径越大的射流泵对回流区的限制作用越强。

2.1.4　射流半宽分布

射流半宽是指在某一断面上，轴向速度等于断面最大和最小速度之和1/2的位置到射流轴心的距离，是射流扩散程度的重要指标之一，用b_0.5表示。由于壁面的速度等于0，因此，射流半宽处的速度等于对应轴心速度的1/2。射流半宽越大，射流扩散范围越广，与周围流体混合越充分。

图8示出m=4时，不同流量比工况下射流半宽沿轴向距离增加的分布规律。其中，射流半宽b_0.5用喉管半径R_th进行无量纲化处理，作为射流扩散程度的定量描述。

不同工况下射流半宽的变化趋势基本一致：沿下游方向逐渐扩展，随后受壁面限制趋于稳定。符合受限空间射流典型的扩散与混合规律。值得注意的是，流量比对半宽分布的影响主要体现于中游区域（x/D_n=4，6，8），在x/D_n=4和x/D_n=6截面，随流量比的减小，无量纲半宽值b_0.5/R_th分别从0.486降至0.382，以及从0.589降至0.453；而在x/D_n=8截面，半宽随流量比减小反而增大。相比之下，上游（x/D_n=0，2）和下游（x/D_n=10）区域的射流半宽对流量比变化不敏感。这是由于上游流动受喷嘴直径主导，对流量比响应较弱；而下游流动已充分发展，混合程度高，处于自相似阶段，速度剖面形态仅取决于轴向位置，而与流量比无关。

2.1.5　轴向速度的径向分布

为进一步分析射流在不同轴向断面的速度分布，根据上述射流半宽值，得出射流在同一截面上，不同流量比下轴向速度的径向无量纲分布曲线见图9。其中，用轴心速度U_m对轴向速度U进行无量纲化，以m=4为例，半宽点的位置用虚线标出。

由图9（a）~（c）可知，在射流还未充分发展的中上游区域，轴心到射流半宽前的部分由工作流体主导，轴向速度在径向的分布与流量比无关，不同流量比工况下表现出高度的自模化状态，射流半宽到壁面的部分受被吸流体的影响较大，速度随流量比的减小而降低。由图9（d）可知，在流动到达喉管后半部分时，由于工作流体与被吸流体的混合程度增加，轴向速度在流量比较大时的径向分布趋于一致，并且随着流量比的减小，逐渐脱离原有射流特征，呈现出管流的流动特性。

2.2　径向速度分布特征

图10示出m=2.56时，射流泵在不同流量比下时均径向速度V/U_n的分布情况。其中，x/D_n=1.5处为吸入室与喉管分界截面。与轴向速度相比，径向速度的绝对值较小，且V/U_n在各截面上基本呈反对称分布。径向速度在吸入室与喉管内的分布存在显著差异：吸入室内径向速度的绝对值相对于喉管内较大，且方向指向轴心，由于质量守恒则轴心加速，而在进入喉管后，两侧径向速度的正负号发生交换，速度方向开始背离轴向，因此射流在喉管中逐渐减速。随着流量比的减小，吸入室内的径向速度峰值逐渐降低，当q=0时，速度在反方向上出现峰值，而喉管内的径向速度变化不大，但速度方向发生转变的位置逐渐向上游移动，进一步说明了流量比的降低会使射流衰减的速度变快。

2.3　壁面压力分布特征

射流泵内由于受到固壁约束，存在轴向压力梯度，其对边界层的分离与再附、流动混合与扩散具有重要影响。为研究射流泵内部的压力分布情况，在流场变化较为剧烈的喉管与扩散管的壁面处依次布置了6个压力传感器（见图1）。利用压力系数C_p来表征沿程压力的分布情况，其表达式如下：

C p = p - p 0 ρ u t h 2 / 2

（1）

式中，p为测压孔的时均绝对压力；p₀为射流泵工作压力；ρ为流体密度（本试验为纯水）；u_th为喉管入口截面平均流速。

图11示出m=2.56时，沿程压力系数的分布情况。可以看出，最低压力出现在喉管入口处，流量比越大，喉管入口压力相对越低。这是由于喉管入口处流体初始动能较大，根据能量守恒，必然导致静压的显著降低，流量比的增大则强化了这一过程。喉管和扩散管中的压力均呈上升趋势，但其上升幅度受到流量比的影响：流量比较大时，扩散管内平均速度高，减速增压效应占主导，压力的上升幅度大；而流量比较小时，动能的衰减主要集中在喉管前中段，故喉管内的压力上升幅度大。

2.4　瞬态流场分布特征

2.4.1　瞬时速度分布

图12示出m=1.78时，射流泵在不同流量比下内部瞬时轴向速度u的分布情况（每个工况均在流动到达稳定后拍摄）。

工作流体从喷嘴喷出后，随着流动的发展，速度剖面分布变得不均匀，工作和被吸流体交界区域的波动逐渐变强，相互交错，射流的尾迹出现震荡摇摆等特征，并且流核区不连续。流量比越大，高速区跨越的范围越长，当高速区延伸至扩散管中时，其尾迹的上下震荡会导致扩散管内出现较强的旋涡和回流。在吸入室内，可以明显地看到工作流体从喷嘴喷出后流速沿流向有所增加，这与上述时均速度研究结果相符合。

2.4.2　瞬时涡量分布

图13示出m=4时，不同流量比下射流泵展向涡瞬时分布情况（其中，箭头指出流核结束位置）。射流泵内的展向涡在喷嘴出口处产生，由Kelvin-Helmholtz（K-H）不稳定性诱导，对称分布在两侧剪切层中，并且喷嘴出口处的涡量强度最大。随着流动的进行，剪切层内的涡不断向轴心侵蚀和融合，强度降低并在下游逐渐耗散。当q从1.328降至0时，流核区末端位置向上游移动了约70%，而涡量峰值区域向上游缩短约30%，这是因为随着流量比的减小，工作流体与被吸流体的速度梯度增加，两侧涡的涡量强度增大，导致展向涡向流核区的融合和侵蚀速率增快，流核区长度逐渐缩短，而混合速率的增加也导致涡量更早地耗散。

3　结论

收起

（1）在固定面积比时，流核区长度随流量比的减小而缩短，当m=4和m=2.56时呈线性关系；当m=1.78时则呈现二次曲线关系，当q从0.538降至0时，流核区无量纲长度的缩短幅度可达85%，可见面积比越小，流核缩短的速率越快。轴心线速度在不同流量比下表现出相似的衰减规律，即流体喷出后在吸入室内先加速一段距离、再开始衰减，衰减速率随着流量比的减小而增大。回流区的高度和宽度均随流量比的减小而增大，当m=4，q=0.534时，回流区无量纲高度和宽度分别为0.26与0.73，当q降至0.04时，高度增加到0.6，而宽度则大幅增加至4.37；小面积比的射流泵通过增强径向的约束抑制了回流的产生与发展。射流半宽随轴向距离的增加先增大后稳定，流量比主要影响喉管中段（x/D_n=4，6，8）半宽值。流动中上游区域，轴心到半宽值的轴向速度分布表现出高度自模化状态，下游喉管后段的流动逐渐呈现出管流特性。

（2）径向速度的绝对值相对于轴向速度较小，其在吸入室内则相比于喉管内更大，呈反对称分布。吸入室内径向速度方向指向轴心，喉管内的速度方向背离轴心。随着流量比的减小，吸入室内的径向速度峰值逐渐降低，并促使速度方向转变点向上游迁移，加速射流的衰减。

（3）沿程压力在喉管入口处最低，随着轴向距离的增加不断上升。流量比对沿程压力分布具有显著影响。流量比越大，喉管入口压力相对越低。流量比较大时，扩散管内平均速度高，压力的上升幅度大；而流量比较小时，动能的衰减主要集中在喉管前中段，喉管内的压力上升幅度大。

（4）瞬时流场相比于时均流场更加复杂紊乱，呈现速度剖面不均匀、射流边界波动、流核间断及尾迹振荡等复杂结构。展向涡在喷嘴出口处产生，分布于两侧剪切层中。展向涡随流动进行向轴心侵蚀和融合，强度逐渐衰减并在下游耗散。当m=4，q从1.328降至0时，流核区向上游衰减约70%，而涡量峰值区域向上游缩短约30%，流量比的减小加剧涡的侵蚀和融合，使流核缩短，涡量耗散提前。

参考文献

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文献

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2026年第54卷第2期

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doi: 10.3969/j.issn.1005-0329.2026.02.001

接收时间：2025-09-22
首发时间：2026-10-22
出版时间：2026-02-28

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出版历史

收稿日期：2025-09-22
修回日期：2025-12-15

基金

作者信息

¹武汉大学动力与机械学院，武汉 430072

²水射流理论与新技术湖北省重点实验室，武汉 430072

³武汉第二船舶设计研究所，武汉 430064

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

参数	工作管直径 $D i n$ /mm	被吸管直径 $D s$ /mm	喉管直径 $D t h$ /mm	出口管直径 $D o u t$ /mm	喷嘴直径 $D n$ /mm	面积比 $m$	收缩角 $α$ /（°）	扩散角 $β$ /（°）
数值	25	32	16	50	8，10，12	4，2.56，1.78	45	12

参数

工作管直径

D i n

/mm

被吸管直径

D s

/mm

喉管直径

D t h

/mm

出口管直径

D o u t

/mm

喷嘴直径

D n

/mm

面积比

m

收缩角

α

/（°）

扩散角

β

/（°）

数值

8，10，12

4，2.56，1.78

仪器名称	生产厂家	量程	精度	采样率
电磁流量计	Krohne	5 L/min	0.5%	5 kHz
低频压力传感器	武汉超宇	1 MPa	0.5%	5 kHz
高频脉动压力传感器	南京宏沐	0.6 MPa	0.2%	200 kHz

仪器名称

生产厂家

量程

精度

采样率

电磁流量计

Krohne

5 L/min

0.5%

5 kHz

低频压力传感器

武汉超宇

1 MPa

0.5%

5 kHz

高频脉动压力传感器

南京宏沐

0.6 MPa

0.2%

200 kHz