[科普中國]-羽流

解釋

1、指道士。也作“羽客”。

2、英文為plume，又稱“縷流”，流體力學(xué)專業(yè)用語。

一個羽流的標(biāo)準(zhǔn)定義是“一柱流體在另一種流體中移動”（a column of one fluid moving through another，見英文維基）。這個定義包含了羽流，然而也包含不適宜稱為羽流的情況，比如噴泉噴出的水柱。1

要素羽流有四個要素：一、是含有動量的流體Flow 1；二、是不含動量的流體介質(zhì)Flow 2；三、是Flow 1跟Flow 2在密度上差別不能太大，但同時(shí)二者還不能同質(zhì)，以至于無法分清楚二者的邊界；四、是F1不受F2之外的阻擾——也就是說Flow 1完全是在Flow 2之中流動。

如，若Flow 1是液體，而Flow 2 是空氣，那么就有前述的噴泉噴水，不會產(chǎn)生羽流現(xiàn)象，因?yàn)镕low 2對Flow 1的作用可以忽略不計(jì)，二者相互基本上不發(fā)生擴(kuò)散；在水中吹氣，阻力太大，也不會發(fā)生羽流現(xiàn)象。

我們呼吸吹氣時(shí)不發(fā)生羽流，因?yàn)楸M管我們呼出來的氣體跟空氣有化學(xué)成份上的區(qū)別，從物理特性上說，沒有太多差別，無法分清楚呼出氣流跟其介質(zhì)空氣的邊界，所以也無法形成羽流。羽流是成形的，盡管最終會消融于介質(zhì)中，邊界越來越模糊直至消失。如果我們吸煙，吐出來的煙氣流就與空氣不同質(zhì)了，同介質(zhì)空氣之間就有了邊界，就形成了羽流。

羽流在觀察期間有一個動力源，也就是說噴射出來的流體柱Flow 1需要有動量，如果這個動量消失了，羽流也就會很快消散解體。羽流的特點(diǎn)就是由于介質(zhì)分子的阻擾，流體柱在向前流動過程中，會擴(kuò)大，形成羽毛狀或者掃帚狀外觀。

從火箭發(fā)動機(jī)噴管噴射出來的羽毛狀的高速高溫燃?xì)饬?。火箭羽流是一種氣體分子濃度大、電子密度和電子碰撞頻率都很高的弱等離子體。它與雷達(dá)微波之間會發(fā)生相互作用，使微波信號功率大為降低，影響導(dǎo)彈的制導(dǎo)。對于衛(wèi)星和空間站，由于其表面上有敏感的光學(xué)電子元件，當(dāng)姿控或軌控發(fā)動機(jī)工作時(shí)，羽流有可能撞擊表面板和儀表，造成粒子污染和表面及議表的老化，從而對衛(wèi)星和空間站的控制造成不良影響，嚴(yán)重影響它們的工作壽命。因此，研究火箭發(fā)動機(jī)羽流場的參數(shù)分布及其對衛(wèi)星或空間站的各方面影響有非常重要的實(shí)際意義。由于真空環(huán)境很難進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，因而真空羽流場的實(shí)驗(yàn)研究一直很難進(jìn)行，僅有少數(shù)實(shí)驗(yàn)研究報(bào)導(dǎo)。20世紀(jì)80年代以來開始用數(shù)值模擬方法研究羽流，對大氣層中羽流的研究已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，但對超高空和真空羽流的數(shù)值模擬研究還有待完善。

羽流在火災(zāi)中的情況分析火災(zāi)科學(xué)是一門蘊(yùn)含著燃燒學(xué)、流體動力學(xué)、燃燒化學(xué)、傳熱傳質(zhì)等多學(xué)科交叉的復(fù)雜科學(xué)。在火災(zāi)科學(xué)研究中試驗(yàn)研究是一種很重要的研究方法，是認(rèn)識和解決理論問題和工程實(shí)踐問題的重要手段。

由于實(shí)際火羽流十分復(fù)雜，為了從理論上分析火羽流的基本特征和參數(shù)之間的相互關(guān)系，首先要對實(shí)際火羽流進(jìn)行簡化，理想羽流簡化如圖 2.1 所示。理想羽流的基本假設(shè)如下：

（1）火源為一點(diǎn)源，羽流是從該點(diǎn)源出發(fā)的軸對稱射流；燃燒釋放的能量全部進(jìn)入羽流區(qū)，忽略火焰對外界輻射所引起的能量損失；

（2）采用 Boussinesq 近似，假設(shè)密度在羽流運(yùn)動區(qū)域內(nèi)與環(huán)境密度相比變化較小，僅在ρ ρ∞（?）項(xiàng)出現(xiàn)時(shí)需考慮密度的差別，因此理想羽流理論有時(shí)又被稱為弱羽流理論，由此假設(shè)導(dǎo)出的方程只適用于遠(yuǎn)場。

（3） 假設(shè)速度、溫度和驅(qū)動力在任意高度均具有相似的分布，即均為“帽狀”分布，并進(jìn)一步假設(shè)溫度、速度和驅(qū)動力在任意高度r