1. 单个水管出口截面积与流速的影响

1） 流场迹线分布概况

从无水自由射流迹线分布图（图5.27）来看，其轴对称特性非常明显，在地面上的燃气分布也呈轴对称形式。而从工况A 两相流场迹线图（图5.29）看来，水射流注射到燃气主流上没有出现反弹现象，也没有截断燃气主流，而是紧贴燃气主流的外围，顺着燃气主流往下流动，并且可以很明显地看出水射流的降温效果。这正回答了5.2.2 小节中提出的疑问。

从工况A 燃气相流场迹线图（图5.30）中可以更清晰地看出燃气主流并没有被水射流截断，其燃气流场大致形状没有发生变化，但是由于注水的冲击挤压作用，在水射流与燃气流接触位置出现了明显的压缩现象和压缩后的膨胀现象。此外，燃气主流的温度从与水射流接触开始也有了显著降低，由于水射流的汽化吸热作用，形成一个类似锥形的1 000 K 以上的高温区域，而不是像无水自由射流状态下从喷管出口到地面整体温度都高于1 000 K。同时，注水工况下地面温度也有大幅度降低，最低温度甚至降到了600 K 以下，与水射流的温度相近。可见，水射流对燃气射流边界附近的燃气降温效果十分明显。尤其是可以清楚地看出，由于水射流的挤压作用，在地面上形成了4 股明显的射流堆积，沿着正方形地面对角线方向流去。

图5.29　工况A 两相流场迹线图

图5.30　工况A 燃气相流场迹线图

从工况A 水相流场迹线图（图5.31）看来，水射流的温度上升速度也非常快，根据不同压力下的水的饱和温度可以看出，跟燃气主流接触之后的大部分水射流的温度已经高于其饱和温度，也就是说大部分水射流都通过与燃气主流进行热量传递吸热汽化了，并且汽化效果十分明显，在燃气射流的边界部分水射流和燃气组分的温度基本上一致，说明热量交换已经完成。并且可以看出水射流迹线与地面并没有接触，所以可以知道从注水与燃气主流接触开始直到两相混合流体流出计算域为止，水相一直是附着在燃气相之上的。

图5.31　工况A 水相流场迹线图

图5.32 为工况A 燃气相流场迹线的剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.32（a）为斜轴测图，图5.32（b）为正视图。从图5.32 的两幅图中可以看出，燃气主流受到水射流的挤压作用出现了十分明显的局部压缩现象，说明了水射流的动量作用对燃气流场的分布有很大作用，并且出现了燃气主流的分叉现象。水射流与燃气主流发生动量交换和热量交换，使得燃气主流变形、分叉，在水射流的冲击作用下，燃气主流正冲击面向内凹，而无水射流冲击的面则向外凸出。在水射流的挤压作用下，燃气主流向两边扩散，中间出现分叉，其扩张角度为30°左右。

图5.32　工况A 燃气相流场迹线的剖面图

（a）工况A 燃气相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况A 燃气相流场迹线剖面正视图

图5.33 为工况A 水相流场迹线的剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.33（a）为斜轴测图，图5.33（b）为正视图。从图5.33 中可以看出，水射流没有反弹，也没有截断燃气主流，而是由一股分叉成为许多小股射流，或者说是成为面状射流，附着在燃气主流的外边界，同时发生剧烈的热交换和汽化吸热。由于水管出口水流截面积较大，大致分成4 股，并且沿着45°对角线方向向四周流动，在这个流动过程中不断分叉，但大致流向基本不变。

图5.33　工况A 水相流场迹线的剖面图

（a）工况A 水相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况A 水相流场迹线剖面正视图

2） 沿轴线等距截面及对称面

从图5.34、图5.35 中可以很清晰地看出燃气主流的分布范围和水射流的分布范围。由于水射流的挤压作用，原本为圆形的燃气主流截面变成了“蝴蝶状”，与水射流接触的部分呈现弧形往内压缩，没接触的部分则向外扩张，从而形成了不规则的“蝴蝶状”高温燃气截面。而水射流则分叉成多股，或者说是一个弧形扇面附着在主流上，类似于一对圆括号“）（”。

图5.34　工况A 各截面温度云图

图5.35　工况A 各截面水相体积分数云图

从图5.36 可以看出燃气主流在XOY 对称面上被水射流挤压得非常厉害，以注水汇集点为顶点，往上的高温区域呈倒三角形分布，往下的高温部分则仅局限在轴线附近的狭长地带；反观垂直于XOZ 对称面，由于注水方向上受到挤压，燃气主流均向垂直方向扩散，该对称面上燃气主流膨胀得十分厉害，远大于无水情况下的对称面燃气分布，并且从受到挤压这点开始，往下呈三角形分布。可以从图5.37 中看出燃气主流存在一定程度的分叉，而燃气主流的这种形态是与迹线图相互呼应的。而从图5.38 中则能更显著地看出燃气主流的这种一侧受挤压、另一侧膨胀的分布规律。因此可以看出燃气主流受到水射流的阻滞作用还是十分明显的。高温核心区在水射流交汇点之后基本就向水流两侧分叉了。

图5.36　工况A 中XOY 平面温度云图

图5.37　工况A 中XOZ 平面温度云图

图5.38　工况A 中1/4 模型两个对称面的温度云图

3） 轴线及地面温度分布

从图5.39 中无水自由射流的轴线温度分布（实线）可以很清晰地看出，燃气射流存在一个高温核心区，其分界点位置在0.95～1 m，在此分界点之前燃气温度虽有振荡，但始终维持在一个较高的温度范围，而在此分界点之后温度迅速下降（可同时参考图5.40 中速度的迅速衰减分界点），直到地面处出现滞止升温现象（由于燃气主流冲击到地面速度瞬间变成零而导致动能转化为热能，出现滞止升温现象）。而从工况A 的轴线温度分布曲线同样可以看出，以0.55 m 位置为界，存在一个高温核心区，只不过由于注水影响，相比较无水状态下其长度大大缩短，并且不再出现滞止升温现象，这是由于水射流的挤压和吸热效应导致燃气主流能量被分散和消耗所致，这与迹线图中所看到的燃气主流分叉现象是一一对应的。正是由于燃气主流受到水射流作用而分叉从而导致高温核心区长度由0.95 m 左右变为0.55 m。而需要注意的是在0～0.55 m 这段区域，由于水射流阻挡了燃气主流的流经通道，燃气主流的速度降低（图5.40），而这部分动能转化为热能，因此这段区域温度反而比无水自由射流状态下更高。从后处理结果中读出：轴线平均温度为1 453 K，温度范围是514～1 976 K。

图5.39　工况A 轴线温度分布曲线

图5.40　工况A 轴线速度分布曲线

图5.41 显示了所对比的线段的位置，一条线段位于Y 轴上，另一条位于X 轴上。由于无水自由射流工况的对称性，其OY、OZ 线上的流场特征均相同，因此可以将两条曲线合并为一条，如图5.41 中实线所示。从图5.42 中可以看出，地面的降温效果也十分明显，中心点附近降低了900 K 以上，而Y 轴、Z 轴上其他位置也有不同程度的降低。由于水射流与燃气主流接触之后迅速分叉，从而导致在Y 轴上的降温效果反而不如Z 轴上的降温效果，但总体说来，两者差距不大。从后处理结果中读出：地面平均温度为430 K，温度范围在307～514 K之间。

图5.41　地面Y、Z 轴位置示意图

图5.42　工况A 与无水状态下地面温度对比

工况B

1） 流场迹线分布概况

从工况B 两相流场迹线图（图5.43）看来，水射流注射到燃气主流上没有出现反弹现象，也没有截断燃气主流，而是紧贴燃气主流的外围，顺着燃气主流往下流动，并且可以很明显地看出水射流的降温效果。其基本流场形态与工况A 比较相似。

从工况B 燃气相流场迹线图（图5.44）中可以更清晰地看出燃气主流并没有被水射流截断，其燃气流场大致形状没有发生变化，在与工况A 相似的位置出现了明显的压缩现象和压缩后的膨胀现象。此外，其他流场形态也与工况A 比较类似。

从工况B 水相流场迹线图（图5.45）看来，水相流场与工况A 比较相似，但该工况下注水射流的分叉现象没有工况A 那么明显，每个水管出口出来的水柱只有两个主要的分叉。

图5.46 为工况B 燃气相流场迹线剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.46（a）为斜轴测图，图5.46（b）为正视图。从图5.46 的两幅图中可以看出，燃气主流受到水射流的挤压作用出现了十分明显的局部压缩现象和燃气主流的分叉现象，与工况A 非常类似，但分叉更加明显。在水射流的挤压作用下，其扩张角度为35°左右。

图5.43　工况B 两相流场迹线图

图5.44　工况B 燃气相流场迹线图

图5.45　工况B 水相流场迹线图

图5.46　工况B 燃气相流场迹线剖面图

（a）工况B 燃气相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况B 燃气相流场迹线剖面正视图

图5.47 为工况B 水相流场迹线剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.47（a）为斜轴测图，图5.47（b）为正视图。从图5.47 中可以看出，水射流没有反弹，也没有截断燃气主流，而是由一股主要分叉成为两股射流，附着在燃气主流的外边界，同时发生剧烈的热交换和汽化吸热，并且沿着45°对角线方向向四周流动，在这个流动过程中不断分叉，但大致流向基本不变。

图5.47　工况B 水相流场迹线剖面图

（a）工况B 水相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况B 水相流场迹线剖面正视图

2） 沿轴线等距截面及对称面

从图5.48、图5.49 中可以很清晰地看出燃气主流的分布范围和水射流的分布范围。由于水射流的挤压作用，原本为圆形的燃气主流截面变成了“蝴蝶状”，与水射流接触的部分呈现弧形往内压缩，没接触的部分则向外扩张，从而形成了不规则的“蝴蝶状”高温燃气截面。而水射流则分叉成多股，或者说是一个弧形扇面附着在主流上。与工况A 有所不同的是该工况水射流的挤压作用更加明显，使得高温区域的面积更狭小，而水射流所形成的型面也由两条圆弧逐渐转为类似于一对尖括号“＞＜”形，这也与迹线图相互呼应。

图5.48　工况B 各截面温度云图

图5.49　工况B 各截面水相体积分数云图

从图5.50 中可以看出燃气主流在XOY 对称面上被水射流挤压得非常厉害，以注水汇集点为顶点，往上的高温区域呈倒三角形分布，往下的高温部分则仅局限在轴线附近的狭长地带；反观垂直于XOZ 对称面，由于注水方向上受到挤压，燃气主流均向垂直方向扩散，该对称面上燃气主流膨胀得十分厉害，远大于无水情况下的对称面燃气分布，并且从受到挤压这点开始，往下呈三角形分布。可以从图5.51 中看出燃气主流存在非常明显的分叉，而燃气主流的这种形态是与迹线图相互呼应的。而从图5.52 中则能更显著地看出燃气主流的这种一侧受挤压、另一侧膨胀的分布规律。因此可以看出燃气主流受到水射流的阻滞作用还是十分明显的。高温核心区在水射流交汇点之后基本就向水流两侧分叉了。

图5.50　工况B 中XOY 平面温度云图

图5.51　工况B 中XOZ 平面温度云图

图5.52　工况B 中1/4 模型两个对称面的温度云图

3） 轴线及地面温度分布

从图5.53 中工况B 轴线温度分布曲线（虚线）同样可以看出，由于注水影响，以0.42 m位置为界，存在一个缩短的高温核心区。由于水射流的挤压和吸热效应导致燃气主流能量被分散和消耗，地面不再出现滞止升温现象，这与迹线图中所看到的燃气主流分叉现象是一一对应的。正是由于燃气主流受到水射流作用而分叉从而导致高温核心区长度由0.95 m 左右变为0.42 m。而需要注意的是在0～0.42 m 这段区域，由于水射流阻挡了燃气主流的流经通道，燃气主流的速度降低（图5.54），而这部分动能转化为热能，因此这段区域温度反而比无水自由射流状态下更高。从后处理结果中读出：轴线平均温度为1 297 K，温度范围为456～1 984 K。

图5.53　工况B 轴线温度分布曲线

图5.54　工况B 轴线速度分布曲线

从图5.55 中可以看出，地面的降温效果也十分明显，中心点附近降低了1 000 K 左右，而Y 轴、Z 轴上其他位置也有不同程度的降低。需要注意的是Z 轴上中心点位置温度不是最高，这说明水射流的挤压效应非常明显，导致燃气主流中轴线附近的燃气能量都向外扩散，使得温度最高点出现在距离中心点0.15 m 处的Z 轴上。但整体说来，地面温度分布还比较平均，温度差值不是很大。从后处理结果中读出：地面平均温度为420 K，温度范围在307～472 K之间。

图5.55　工况B 与无水状态下地面温度对比

工况C

1） 流场迹线分布概况

从工况C 两相流场迹线图（图5.56）看来，可以发现燃气主流受到挤压之后的厚度变得更小，由此可以知道该工况挤压作用比前两个工况要更明显。

从工况C 燃气相流场迹线图（图5.57）中可以更清晰地看出燃气主流并没有被水射流截断，但其燃气流场形状发生较大变化，受到水射流的挤压后明显变薄了。从温度分布来看，燃气主流与水射流接触开始温度有了显著降低，由于水射流的汽化吸热作用，形成一个类似锥形的1 000 K 以上的高温区域，地面温度也有大幅度降低。最低温度也降低到450 K 以下，与水射流的温度一样，可见水射流对燃气射流边界附近的燃气降温效果十分明显。射流堆积现象不明显，在地面上分布较为均匀。

图5.56　工况C 两相流场迹线图

图5.57　工况C 燃气相流场迹线图

从工况C 水相流场迹线图（图5.58）看来，水相流场与工况A、B 比较相似，但该工况下注水射流的分叉现象比工况A 更加明显，每个水管出口出来的水柱分叉非常严重。

图5.58　工况C 水相流场迹线图

图5.59 为工况C 燃气相流场迹线剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.59（a）为斜轴测图，图5.59（b）为正视图。从图5.59 的两幅图中可以看出，燃气主流受到水射流的挤压作用出现了十分明显的局部压缩现象和燃气主流的分叉现象，与工况A、B 比较类似，但分叉比A、B 更加明显。在水射流的挤压作用下，其扩张角度为38°左右。

图5.60 为工况C 水相流场迹线剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.60（a）为斜轴测图，图5.60（b）为正视图。从图5.60 中可以看出，水射流没有反弹，也没有截断燃气主流，而是由一股分叉成为许多小股射流，或者说是成为面状射流，附着在燃气主流的外边界，同时发生剧烈的热交换和汽化吸热。由于水管出口水流截面积较小、出口速度快，水射流与燃气主流接触后迅速分叉，最终几乎形成一个扇面形状的水帘顺着燃气主流往下发展，并在流动过程中不断分叉，增大接触面积。

图5.59　工况C 燃气相流场迹线剖面图

（a）工况C 燃气相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况C 燃气相流场迹线剖面正视图

图5.60　工况C 水相流场迹线剖面图

（a）工况C 水相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况C 水相流场迹线剖面正视图

2） 沿轴线等距截面及对称面

从图5.61、图5.62 中可以很清晰地看出燃气主流的分布范围和水射流的分布范围。在水射流的挤压作用下，燃气主流截面不再呈现“蝴蝶状”，而是呈现两头大、中间细的“骨头状”。而注水在垂直注水平面方向上也连接起来，形成连续的整体。这是由于燃气截面变得狭长，而水射流可将其包裹所造成的。水射流的截面也类似于一对花括号“}{”。

从图5.63 中可以看出燃气主流在XOY 对称面上被水射流挤压得非常厉害，以注水汇集点为顶点，往上的高温区域呈倒三角形分布，往下的高温部分则仅局限在轴线附近的狭长地带；反观垂直于XOZ 对称面，由于注水方向上受到挤压，燃气主流均向垂直方向扩散，该对称面上燃气主流膨胀得十分厉害，远大于无水情况下的对称面燃气分布，并且从受到挤压这点开始，往下呈三角形分布。可以从图5.64 中看出燃气主流存在一定程度的分叉，而燃气主流的这种形态是与迹线图相互呼应的。而从图5.65 中则能更显著地看出燃气主流的这种一侧受挤压、另一侧膨胀的分布规律。因此可以看出燃气主流受到水射流的阻滞作用还是十分明显的。高温核心区在水射流交汇点之后基本就向水流两侧分叉了。

图5.61　工况C 各截面温度云图

图5.62　工况C 各截面水相体积分数云图

图5.63　工况C 中XOY 平面温度云图

图5.64　工况C 中XOZ 平面温度云图

图5.65　工况C 中1/4 模型两个对称面的温度云图

3） 轴线及地面温度分布

从图5.66 中工况C 轴线温度分布曲线（虚线）同样可以看出，由于注水影响，以0.50 m位置为界，存在一个缩短的高温核心区。由于水射流的挤压和吸热效应导致燃气主流能量被分散和消耗，地面不再出现滞止升温现象，这与迹线图中所看到的燃气主流分叉现象是一一对应的。正是由于燃气主流受到水射流作用而分叉从而导致高温核心区长度由0.95 m 左右变为0.50 m。而需要注意的是在0～0.50 m 这段区域，由于水射流阻挡了燃气主流的流经通道，燃气主流的速度降低（图5.67），而这部分动能转化为热能，因此这段区域温度反而比无水自由射流状态下更高。此外，在0.15 m 附近注水工况也出现了局部速度偏高、温度偏低的现象，这是由于水射流速度非常高，这部分燃气主流的波动更大，因此在个别位置出现了与整体趋势不一致的情况。从后处理结果中读出：轴线平均温度为1 462 K，温度范围为499～2 016 K。

图5.66　工况C 轴线温度分布曲线

图5.67　工况C 轴线速度分布曲线

从图5.68 中可以看出，地面的降温效果也十分明显，中心点附近降低了950 K 左右，而Y 轴、Z 轴上其他位置也有不同程度的降低。由于水射流与燃气主流接触之后迅速分叉，从而导致在Y 轴上的降温效果反而不如Z 轴上的降温效果，但总体说来，两者差距不大。从后处理结果中读出：地面平均温度为445.230 71 K，温度范围在363.523 6～498.939 3 K。

图5.68　工况C 与无水状态下地面温度对比

小结

1） 流场形态对比

（1）A、B、C 三种工况随着流速的增大，水射流对燃气主流的挤压和阻滞效应愈加明显，使得燃气主流的分叉角度越来越大，从30°变为35°，最后变成38°。

（2）A、B、C 三种工况在水射流的挤压作用下，燃气主流沿轴线等距截面由圆形分别变成了类似于圆括号“）（”、尖括号“＞＜”、花括号“}{”的三种形状。

（3）在相同水流量和相同水管数量的前提下，增大水管出口截面积则水柱变粗，速度变小，与燃气主流接触面变大，但穿透能力不足；而减小水管出口截面积则水柱变细，速度变大，穿透能力更强，但容易散开。

2） 轴线温度及核心区长度对比

从图5.69 轴线温度分布来看，首先关注核心区长度，A、B、C 分别为：0.55 m、0.42 m、0.50 m，从对比图上也可以很清晰地看出在减小核心区长度方面B 的效果最好，C 次之，A最差；其次，平均温度分别为：1 453 K、1 297 K、1 462 K，就平均降温效果来说，也是B 最佳，A 次之，C 最差；然后是最高温度分别为1 976 K、1 984 K、2 016 K，由于水射流的速度越大，其阻滞效应越强，故降速升温效果越明显；最低温度分别为514 K、456 K、499 K，可见就最低温度（均位于轴线与地面相交点）来说B 最佳，C 次之，A 最差。就轴线温度来说，最重要的是代表能量的核心区长度，以及关注高温对地面的烧蚀作用（体现在最低温度），就这两项来说B 都是最好的。此外，B 在平均温度方面的降温效果也最好。

3） 地面温度分布对比

首先从地面平均温度对比来看，A、B、C 分别为：430 K、420 K、445 K，就降低地面平均温度来看B 的效果最好，A 次之，C 最差（图5.70）；其次是最高温度对比，A、B、C 分别为：514 K、472 K、499 K，就温度极限值的降低效果来看B 最佳，C 次之，A 最差（图5.71）。

图5.69　工况A、B、C 与无水状态下轴线温度对比

图5.70　工况A、B、C 的Y 轴线温度对比

图5.71　工况A、B、C 的Z 轴线温度对比

2. 单个水管出口截面积与流量的影响

1） 流场迹线分布概况

从工况D 两相流场迹线图（图5.72）看来，水射流注射到燃气主流上没有出现反弹现象，也没有截断燃气主流，而是紧贴燃气主流的外围，顺着燃气主流往下流动，但是由于流量较小，不能完全包裹燃气流场。从图5.72 中还可以看出水射流的挤压作用并不是很明显，整体流场还是基本呈轴对称特性，与无水自由射流流场相似。

从工况D 燃气相流场迹线图（图5.73）中可以更清晰地看出燃气主流并没有被水射流截断，其燃气流场形状基本呈轴对称，可见水射流的挤压作用很小。但从温度分布来看，燃气主流与水射流接触开始温度有了显著降低，由于水射流的汽化吸热作用，同样形成了一个类似锥形的1 000 K 以上的高温区域，不过该高温区域面积比前三种工况要大很多。地面温度也有所降低，但不改变地面的轴对称迹线分布，可见水射流对燃气射流边界附近的燃气降温效果还比较明显。射流堆积现象不明显，在地面上分布较为均匀。

图5.72　工况D 两相流场迹线图

图5.73　工况D 燃气相流场迹线图

从工况D 水相流场迹线图（图5.74）看来，水射流的温度上升速度非常快，根据不同压力下的水的饱和温度可以看出，跟燃气主流接触之后的大部分水射流的温度已经高于其饱和温度，也就是说大部分水射流都通过与燃气主流进行热量传递吸热汽化了，并且汽化效果十分明显，在燃气射流的边界部分水射流和燃气组分的温度基本上一致，说明热量交换已经完成。但水流迹线在地面分布范围很小，仅分布在靠近Y 轴线附近区域，可见由于流量小，其影响区域范围也缩小很多。

图5.75 为工况D 燃气相流场迹线剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.75（a）为斜轴测图，图5.75（b）为正视图。从图5.75 的两幅图中可以看出，燃气主流受到水射流的挤压作用出现了些微的局部压缩现象，说明水射流的动量作用对燃气流场的分布影响很小，基本不出现燃气主流的分叉现象。在水射流的挤压作用下，燃气主流向两边扩散角度很小，只有5°左右。

图5.74　工况D 水相流场迹线图

图5.75　工况D 燃气相流场迹线剖面图

（a）工况D 燃气相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况D 燃气相流场迹线剖面正视图

图5.76 为工况D 水相流场迹线剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.76（a）为斜轴测图，图5.76（b）为正视图。从图5.76 中可以看出，水射流没有反弹，也没有截断燃气主流，基本上没有分叉，只在与地面接触之后产生了小股分叉，但分布范围都较小，紧贴Y 轴线。这是由于水量较小，所以无法覆盖大部分区域。

图5.76　工况D 水相流场迹线剖面图

（a）工况D 水相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况D 水相流场迹线剖面正视图

2） 沿轴线等距截面及对称面

从图5.77、图5.78 中可以很清晰地看出燃气主流的分布范围和水射流的分布范围。在水射流的挤压作用下，燃气主流截面不再呈现“蝴蝶状”，而是呈现为一个在对称位置挖掉两个角的圆形，在水射流与燃气主流刚接触的部位效果比较显著，压缩效应还比较明显，随着射流发展则影响越来越小，或者说是水基本都汽化吸热从而损失掉了。

图5.77　工况D 各截面温度云图

图5.78　工况D 各截面水相体积分数云图

从图5.79 中可以看出燃气主流在XOY 对称面上受到水射流一定程度的挤压，但其高温区域形状基本不发生变化；反观垂直于XOZ 对称面（图5.80），由于注水方向上受到挤压较小，燃气主流往垂直方向扩散程度也小，该对称面上燃气主流膨胀不很厉害，因此其燃气主流的分叉效应也小，而燃气主流的这种形态是与迹线图相互呼应的。从图5.81 中则能更显著地看出水射流对燃气主流的这种轻微挤压作用。高温核心区在水射流交汇点之后依然可以从XOY 平面清晰地看出来。

图5.79　工况D 中XOY 平面温度云图

图5.80　工况D 中XOZ 平面温度云图

图5.81　工况D 中1/4 模型两个对称面的温度云图

3） 轴线及地面温度分布

从图5.82 中工况D 轴线温度分布曲线（虚线）同样可以看出，由于注水影响，以0.69 m位置为界，存在一个缩短的高温核心区。由于水射流的挤压和吸热效应导致燃气主流能量被分散和消耗，地面不再出现滞止升温现象，这与迹线图中所看到的燃气主流分叉现象是一一对应的。正是由于燃气主流受到水射流作用而分叉从而导致高温核心区长度由0.95 m 左右变为0.69 m。而需要注意的是在0～0.69 m 这段区域，由于水射流阻挡了燃气主流的流经通道，并且该水射流流量小、速度高，因此导致了这部分燃气主流波动变大，在几个位置都出现了温度、速度波动变大（图5.83）的情况。这是由于水射流面积小且速度非常高、穿透力很强，大大增加了这部分燃气主流的波动性。从后处理结果中读出：轴线平均温度为1 590 K，温度范围为637～1 998.51 K。

图5.82　工况D 轴线温度分布曲线

图5.83　工况D 轴线速度分布曲线

从图5.84 中可以看出，地面的降温效果也十分明显，中心点附近降低了800 K 左右，而Y 轴、Z 轴上其他位置也有不同程度的降低。从后处理结果中读出：地面平均温度为519 K，温度范围为407～637 K。

图5.84　工况D 与无水状态下地面温度对比

工况E

1） 流场迹线分布概况

从工况E 两相流场迹线图（图5.85）看来，水射流注射到燃气主流上没有出现反弹现象，也没有截断燃气主流，而是紧贴燃气主流的外围，顺着燃气主流往下流动，但是由于流量不大，不能完全包裹燃气流场。从图5.85 中还可以看出水射流的挤压作用比较明显，整体流场不再呈轴对称特性。

从工况E 燃气相流场迹线图（图5.86）中可以更清晰地看出燃气主流并没有被水射流截断，其燃气流场大致形状没有发生变化，出现了明显的压缩现象和压缩后的膨胀现象。此外，燃气主流的温度从与水射流接触开始也有了显著降低，由于水射流的汽化吸热作用，同样形成了一个类似锥形的1 000 K 以上的高温区域，而不是像无水自由射流状态下从喷管出口到地面整体温度都高于1 000 K。同时注水工况下地面温度也有大幅度降低，最低温度甚至降到了600 K 以下，与水射流的温度一样，可见水射流对燃气射流边界附近的燃气降温效果十分明显。尤其是可以清楚地看出，由于水射流的挤压作用，在地面上形成了4 股明显的射流堆积，这4 股射流构成两个抛物线形状，最终沿着平行于Y 轴方向流去。

图5.85　工况E 两相流场迹线图

图5.86　工况E 燃气相流场迹线图

从工况E 水相流场迹线图（图5.87）看来，水射流的温度上升速度非常快，根据不同压力下的水的饱和温度可以看出，跟燃气主流接触之后的大部分水射流的温度已经高于其饱和温度，也就是说大部分水射流都通过与燃气主流进行热量传递吸热汽化了，并且汽化效果十分明显，在燃气射流的边界部分水射流和燃气组分的温度基本上一致，说明热量交换已经完成。但水流迹线在地面分布范围较小，仅分布在靠近Y 轴线附近的抛物线区域内，可见相比于A、B、C 工况，由于流量较小，其影响区域范围也缩小一些。

图5.88 为工况E 燃气相流场迹线剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.88（a）为斜轴测图，图5.88（b）为正视图。从图5.88 的两幅图中可以看出，燃气主流受到水射流的挤压作用出现了十分明显的局部压缩现象，说明水射流的动量作用对燃气流场的分布有很大作用，并且出现了燃气主流的分叉现象，而该分叉比较明显，其扩张角度为28°左右。

图5.87　工况E 水相流场迹线图(www.daowen.com)

图5.88　工况E 燃气相流场迹线剖面图

（a）工况E 燃气相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况E 燃气相流场迹线剖面正视图

图5.89 为工况E 水相流场迹线剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.89（a）为斜轴测图，图5.89（b）为正视图。从图5.89 中可以看出，水射流没有反弹，也没有截断燃气主流，而是主要由一股分叉成为两股，不再沿着45°对角线方向流去，而是沿着抛物线方向向外流去。

2） 沿轴线等距截面及对称面

从图5.90、图5.91 中可以很清晰地看出燃气主流的分布范围和水射流的分布范围。在水射流的挤压作用下，燃气主流截面呈现“蝴蝶状”，与工况A、B 类似。但与工况A、B 有所不同的是该工况下水射流所形成的型面介于圆括号和尖括号之间，这也与迹线图相互呼应。

从图5.92 中可以看出燃气主流在XOY 对称面上被水射流挤压得非常厉害，以注水汇集点为顶点，往上的高温区域呈倒三角形分布，往下的高温部分则仅局限在轴线附近的狭长地带；反观垂直于XOZ 对称面（图5.93），由于注水方向上受到挤压，燃气主流均向垂直方向扩散，该对称面上燃气主流膨胀得十分厉害，远大于无水情况下的对称面燃气分布，并且从受到挤压这点开始，往下呈三角形分布。可以从图5.93 中看出燃气主流存在非常明显的分叉，而燃气主流的这种形态是与迹线图相互呼应的。从图5.94 中则能更显著地看出燃气主流的这种一侧受挤压、另一侧膨胀的分布规律。因此可以看出燃气主流受到水射流的阻滞作用还是十分明显的。高温核心区在水射流交汇点之后基本就向水流两侧分叉了。

图5.89　工况E 水相流场迹线剖面图

（a）工况E 水相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况E 水相流场迹线剖面正视图

图5.90　工况E 各截面温度云图

图5.91　工况E 各截面水相体积分数云图

图5.92　工况E 中XOY 平面温度云图

图5.93　工况E 中XOZ 平面温度云图

图5.94　工况E 中1/4 模型两个对称面的温度云图

3） 轴线及地面温度分布

从工况E 轴线温度分布曲线（图5.95）同样可以看出，由于注水影响，以0.48 m 位置为界，存在一个缩短的高温核心区。由于水射流的挤压和吸热效应导致燃气主流能量被分散和消耗，地面不再出现滞止升温现象，这与迹线图中所看到的燃气主流分叉现象是一一对应的。正是由于燃气主流受到水射流作用而分叉从而导致高温核心区长度由0.95 m 左右变为0.48 m。而需要注意的是，在分界点以上，由于注水影响，虽然水射流与燃气主流还没有接触上，但是水射流阻挡了燃气主流的流经通道，燃气主流在交汇点上游速度降低（图5.96），而这部分动能转化为热能，因此这段区域温度反而比无水自由射流状态下更高。从后处理结果中读出：轴线平均温度为1 352 K，温度范围为542～1 956 K。

图5.95　工况E 轴线温度分布曲线

图5.96　工况E 轴线速度分布曲线

从图5.97 中可以看出，地面的降温效果也十分明显，中心点附近降低了900 K 左右，而Y 轴、Z 轴上其他位置也有不同程度的降低。整体说来，Y 向降温效果不及Z 向的降温效果。从后处理结果中读出：地面平均温度为445 K，温度范围为338～542 K。

图5.97　工况E 与无水状态下地面温度对比

小结

1） 流场形态对比

（1）D、E、B 三种工况随着单个水管出口截面积的增大，水射流对燃气主流的挤压和阻滞效应愈加明显，使得燃气主流的分叉角度越来越大，从5°变为28°，最后变成35°。

（2）D、E、B 三种工况随着单个水管出口截面积的增大，其水射流的渗透深度也越大，导致沿轴线等距截面形状由缺两个口的圆形变到蝴蝶状，最后变成尖括号状。

（3）在相同水流速度和相同水管数量的前提下，通过增大单个水管出口截面积来增大流量的方式使得水柱变得更粗，与燃气主流的接触面积更大，渗透效应也更佳。

2） 轴线温度及核心区长度对比

从图5.98 轴线温度分布来看，首先关注核心区长度，D、E、B 分别为：0.69 m、0.48 m、0.42 m，从对比图上也可以很清晰地看出在减小核心区长度方面流量越大越好；其次，平均温度分别为：1 590 K、1 352 K、1 297 K，就平均降温效果来说，也是流量越大越好；然后是最高温度分别为1 999 K、1 956 K、1 984 K；最低温度分别为637 K、542 K、456 K，可见就最低温度（均位于轴线与地面相交点）来说流量越大越好。就轴线温度来说，最重要的是代表能量的核心区长度，以及关注高温对地面的烧蚀作用（体现在最低温度），就这两项来说B 都是最好的。此外，B 在平均温度方面的降温效果也最好。

3） 地面温度分布对比

首先从地面平均温度对比来看，D、E、B 分别为：519 K、445 K、420 K，就降低地面平均温度来看水量越大效果越好（图5.99）；其次是最高温度对比，D、E、B 分别为：637 K、542 K、472 K，就温度极限值的降低效果来看水量越大越好（图5.100）。

图5.98　工况D、E、B 与无水状态下轴线温度对比

图5.99　工况D、E、B 的Y 轴线温度对比

图5.100　工况D、E、B 的Z 轴线温度对比

3. 水管数量与流量的影响

1） 流场迹线分布概况

从工况F 两相流场迹线图（图5.101）看来，水射流注射到燃气主流上没有出现反弹现象，也没有截断燃气主流，而是紧贴燃气主流的外围，顺着燃气主流往下流动。从图5.101 中还可以看出水射流的挤压作用不太明显，整体流场还保持了部分轴对称特性。

图5.101　工况F 两相流场迹线图

从工况F 燃气相流场迹线图（图5.102）中可以更清晰地看出燃气主流并没有被水射流截断，其燃气流场形状没有发生大的变化，形成了一个类似锥形的高温区域，水射流对燃气射流边界附近的燃气降温效果十分明显。由于水射流的挤压作用，在地面上产生了不太明显的射流堆积，这4 股不太明显的堆积射流向对角线方向流去。

从工况F 水相流场迹线图（图5.103）看来，水射流的迹线分布与A、B、C 工况比较相似，覆盖面也比较广。

图5.102　工况F 燃气相流场迹线图

图5.103　工况F 水相流场迹线图

图5.104 为工况F 燃气相流场迹线剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.104（a）为斜轴测图，图5.104（b）为正视图。从图5.104 的两幅图中可以看出，燃气主流受到水射流的挤压作用出现了较小的局部压缩现象，说明了水射流的动量作用对燃气流场的分布影响很小，燃气主流出现很小的分叉现象。在水射流的挤压作用下，燃气主流向两边扩散角度很小，只有10°左右。

图5.105 为工况F 水相流场迹线剖面图，剖面为XOZ 平面，图5.105（a）为斜轴测图，图5.105（b）为正视图。从图5.105 中可以看出，水射流呈帘状分叉下来，且水射流覆盖面积接近对角线位置但小于对角线位置所占区域。

2） 沿轴线等距截面及对称面

从图5.106、图5.107 中可以很清晰地看出燃气主流的分布范围和水射流的分布范围。在水射流的挤压作用下，燃气主流截面不再呈现“蝴蝶状”，而是呈现为一个个在对称位置挖掉两个角的圆形，与工况D 类似，但是其渗透深度比D 要深一些。在水射流与燃气主流刚接触的部位效果比较显著，压缩效应还比较明显，随着射流发展则影响越来越小，或者说是水基本都汽化吸热从而损失掉了。到最后一个截面时基本上已经恢复成圆形了。

图5.104　工况F 燃气相流场迹线剖面图

（a）工况F 燃气相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况F 燃气相流场迹线剖面正视图

图5.105　工况F 水相流场迹线剖面图

（a）工况F 水相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况F 水相流场迹线剖面正视图

图5.106　工况F 各截面温度云图

图5.107　工况F 各截面水相体积分数云图

从图5.108 中可以看出燃气主流在XOY 对称面上受到水射流一定程度的挤压，但其高温区域形状基本不发生变化；反观垂直于XOZ 对称面（图5.109），由于注水方向上受到挤压较小，燃气主流往垂直方向扩散程度也小，该对称面上燃气主流膨胀不很厉害，因此其燃气主流的分叉效应也小，而燃气主流的这种形态是与迹线图相互呼应的。而从图5.110 中则能更显著地看出水射流对燃气主流的这种较小挤压作用。高温核心区在水射流交汇点之后依然可以从XOY 平面清晰地看出来。

图5.108　工况F 中XOY 平面温度云图

图5.109　工况F 中XOZ 平面温度云图

3） 轴线及地面温度分布

从图5.111 中工况F 的轴线温度分布曲线（虚线）同样可以看出，由于注水影响，以0.79 m 位置为界，存在一个缩短的高温核心区。由于水射流的挤压和吸热效应导致燃气主流能量被分散和消耗，地面不再出现滞止升温现象，这与迹线图中所看到的燃气主流分叉现象是一一对应的。正是由于燃气主流受到水射流作用而分叉从而导致高温核心区长度由0.95 m 左右变为0.79 m。而需要注意的是在分界点以上，由于注水影响，虽然水射流与燃气主流还没有接触上，但是水射流阻挡了燃气主流的流经通道，燃气主流在分界点上游速度降低（图5.112），而这部分动能转化为热能，因此这段区域温度反而比无水自由射流状态下更高。从后处理结果中读出：轴线平均温度为1 293 K，温度范围为559～1 988 K。

图5.110　工况F 中1/4 模型两个对称面的温度云图

图5.111　工况F 轴线温度分布曲线

图5.112　工况F 轴线速度分布曲线

图5.113　工况F 与无水状态下地面温度对比

从图5.113 中可以看出，地面的降温效果也十分明显，中心点附近降低了900 K 左右，而Y轴、Z 轴上其他位置也有不同程度的降低。从整体来看，Y 向降温效果和Z 向降温效果几乎相同，这也与该工况轴对称特性比较强相呼应。从后处理结果中读出：地面平均温度469 K，温度范围132～559 K。

工况G

1） 流场迹线分布概况

从工况G 两相流场迹线图（图5.114）看来，水射流注射到燃气主流上没有出现反弹现象，也没有截断燃气主流，而是紧贴燃气主流的外围，顺着燃气主流往下流动。在相邻两个水管出来的水射流之间出现了明显的干涉现象，造成交界位置，也就是对角线方向出现了一支较强的水射流分支又汇合在一起的支流。

从工况G 燃气相流场迹线图（图5.115）中可以更清晰地看出燃气主流并没有被水射流截断，但是燃气流场形状发生了很大的变化。从水射流交汇点位置附近形成了一个四角向外张开的拱形特殊流场形态，并且在地面出现了射流堆积现象。

从工况G 水相流场迹线图（图5.116）看来，水射流的迹线在地面上基本上完全覆盖了燃气主流，由于相邻水射流的相互干涉，在对角线方向出现了4 支较强支流。

图5.117 为工况G 燃气相流场迹线剖面图，剖面为对称平面，图5.117（a）为斜轴测图，图5.117（b）为正视图。从图5.117 的两幅图中可以看出，燃气主流受到水射流的挤压作用出现了较小的局部压缩现象，说明水射流的动量作用对燃气流场的分布影响不大，由于四方受到挤压，不能再用分叉角度来进行描述了。但是可以看到在水射流交汇点下游燃气主流厚度略为变大。

图5.114　工况G 两相流场迹线图

图5.115　工况G 燃气相流场迹线图

图5.116　工况G 水相流场迹线图

图5.117　工况G 燃气相流场迹线剖面图

（a）工况G 燃气相流场迹线剖面斜轴测图；（b）工况G 燃气相流场迹线剖面正视图

图5.118 为工况G 单个水管水射流所形成的流场迹线图，图5.118（a）为斜轴测图，图5.118（b）为正视图。从图5.118 中可以看出，水射流呈帘状分叉下来，基本上覆盖了1/4的地面。

图5.118　工况G 单个水管水射流所形成的流场迹线图

（a）工况G 单个水管水射流流场迹线斜轴测图；（b）工况G 单个水管水射流流场迹线正视图

2） 沿轴线等距截面及对称面

从图5.119、图5.120 中可以很清晰地看出燃气主流的分布范围和水射流的分布范围。在水射流的挤压作用下，燃气主流截面不再呈现“蝴蝶状”，而是呈现为四角向外延伸的正方形，随着射流向下发展，其4 个角逐渐消失，最后成为一个标准正方形。此外，从水相分布可以看出4 个对角线方向水流汇集比较明显，与大部分分叉不十分厉害的双喷管状态不同的是几乎完全包裹了燃气主流。

图5.119　工况F 各截面温度云图

图5.120　工况F 各截面水相体积分数云图

从图5.121 中可以看出燃气主流在对称面上受到水射流一定程度的挤压，但其高温区域形状基本不发生变化，因此其燃气主流的分叉效应也非常小，而燃气主流的这种形态是与迹线图相互呼应的。高温核心区在水射流交汇点之后依然可以从对称平面清晰地看出来。

3） 轴线及地面温度分布

从图5.122中工况G轴线温度分布曲线（虚线）同样可以看出，由于注水影响，以0.81 m位置为界，存在一个缩短的高温核心区。由于水射流的挤压和吸热效应导致燃气主流能量被分散和消耗，地面不再出现滞止升温现象，这与迹线图中所看到的燃气主流分叉现象是一一对应的。正是由于燃气主流受到水射流作用而分叉从而导致高温核心区长度由0.95 m 左右变为0.81 m。而需要注意的是在分界点以上，由于注水影响，虽然水射流与燃气主流还没有接触上，但是水射流阻挡了燃气主流的流经通道，燃气主流在分界点上游速度降低（图5.123），而这部分动能转化为热能，因此这段区域温度反而比无水自由射流状态下更高。从后处理结果中读出：轴线平均温度1 358 K，温度范围557～2 007 K。

图5.121　工况G 中对称平面温度云图

图5.122　工况G 轴线温度分布曲线

图5.123　工况G 轴线速度分布曲线

从图5.124 中可以看出，地面的降温效果也十分明显，中心点附近降低了900 K 左右，而其他位置也有不同程度的降低。从后处理结果中读出：地面平均温度为442 K，温度范围为380～559 K。

小结

1） 流场形态对比

由于双水管和4 个水管所形成的两相流场有本质上的区别，尤其是出现了相邻水管之间水射流的相互干涉。因此无法在分叉角度等其他方面进行对比。

2） 轴线温度及核心区长度对比

从图5.125 轴线温度分布来看，首先关注核心区长度，F、G 工况分别为：0.79 m 和0.81 m，从对比图上也可以看出喷管数多的反而效果略差；其次，平均温度分别为：1 293 K和1 358 K，就平均降温效果来说喷管数少更好；然后是最高温度分别为1 988 K 和2 007 K，喷管数少更好；最低温度分别为559 K 和557 K，喷管数多稍好。就轴线温度来说，最重要的是代表能量的核心区长度，以及关注高温对地面的烧蚀作用（体现在最低温度），就这两项来说两者十分接近。

图5.124　工况G 与无水状态下地面温度对比

图5.125　工况F、G 与无水状态下轴线温度对比

3） 地面温度分布对比

首先从地面平均温度对比来看，F、G 分别为：469 K 和442 K，最高温度分别为558.6 K和559.1 K，就平均温度来说喷管数多水量大效果较好，就最高温度来说二者几乎一致，如图5.126 所示。

4. 出口速度与流量的影响

图5.126　工况F、G 的地面温度对比

1） 流场迹线分布概况

从工况H 两相流场迹线图（图5.127）看来，水射流注射到燃气主流上没有出现反弹现象，基本上将燃气主流完全截断，燃气主流的下行通道被阻挡得很厉害。于是燃气主流出现了严重分叉，从水射流的空隙中向下发展。

从工况H 燃气相流场迹线图（图5.128）中可以更清晰地看出燃气主流基本上被水射流截断，分叉现象非常严重，只占据了水射流之间的空隙区域。

图5.127　工况H 两相流场迹线图

图5.128　工况H 燃气相流场迹线图

从工况H 水相流场迹线图（图5.129）看来，水射流在中心汇集之后出现严重分叉，呈四棱锥形状向下游发展，其流场迹线在地面上并不明显。

图5.129　工况H 水相流场迹线图

图5.130 为工况H 燃气相流场迹线剖面图，可以看出燃气主流4 个分叉之中的每一个都是沿着两个水管中间的方向也就是地面对角线方向向下游发展的。图5.131 为工况H 单个水管水射流所形成的流场迹线图，从中可以看出，水射流呈帘状分叉下来，覆盖面积十分广阔。

2） 沿轴线等距截面及对称面

从图5.132～图5.135 中可以很清晰地看出燃气主流的分布范围和水射流的分布范围。在燃气主流与水射流交汇点上游尚存部分高温区域，而下游则几乎不存在高温区域。相对较高的燃气主流分支主要分为4 股，与中心轴线大致呈45°角向地面的4 个顶点流去。水射流则占据了中心轴线的绝大部分，同时其分叉也十分明显，大致沿着地面对角线方向分布。于是形成了水射流占主导位置、燃气主流夹杂其间的流场形态。

图5.130　工况H 燃气相流场迹线剖面图

图5.131　工况H 单个水管水射流所形成的流场迹线图

图5.132　工况H 各截面温度云图

图5.133　工况H 各截面温度云图（1/4）

图5.134　工况H 各截面水相体积分数云图

图5.135　工况H 各截面水相体积分数云图（1/4）

从工况H 中对称平面温度云图（图5.136）可以看出，由于水射流流量大、速度快，从水管出口喷出之后迅速膨胀，4 个水柱汇合之后又向中心轴线上游扩张，汇集点上游核心区基本消失不见，而汇集点下游温度更是降低到常温附近。

图5.136　工况H 中对称平面温度云图

3） 轴线及地面温度分布

从图5.137 中工况H 轴线温度分布曲线（虚线）同样可以看出，由于注水影响，以0.22 m位置为界，存在一个缩短的高温核心区。由于水射流的挤压和吸热效应导致燃气主流能量被分散和消耗，地面不再出现滞止升温现象，这与迹线图中所看到的燃气主流分叉现象是一一对应的。正是由于燃气主流受到水射流作用而分叉从而导致高温核心区长度由0.95 m 左右变为0.22 m。而由于注水量和速度都非常大，注水工况中分界点上游的温度比无水自由射流工况高很多，工况H 下的轴线最高温度达到了2 300 K 左右，比无水状态下轴线最高温度要高出400 K 以上。并且由于核心区长度太短，速度和温度的波动都变小（图5.138），可见当注水量和速度都同时增大到一定程度后流场形态会发生剧烈变化。从后处理结果中读出：轴线平均温度707 K，温度范围335～2 294 K。

图5.137　工况H 轴线温度分布曲线

图5.138　工况H 轴线速度分布曲线

从图5.139 中可以看出，地面的降温效果也十分明显，中心点附近降低了1 100 K 左右，而其他位置也有不同程度的降低。从后处理结果中读出：地面平均温度323 K，温度范围316～336 K。

图5.139　工况H 与无水状态下地面温度对比

小结

1） 流场形态对比

G、H 两个工况随着水量的增大，流场形态出现了质的变化，水射流从附属地位、无法截断燃气主流，到成为主要射流、截断燃气流的通道使得燃气流只能从水射流的空隙中通过，可见当水射流的流量和速度达到一定程度后，水射流将会成为两相流中的主导相。

2） 轴线温度及核心区长度对比

从图5.140 轴线温度分布来看，首先关注核心区长度，G、H 工况分别为0.81 m和0.22 m，对比明显，水量越大越好；其次，平均温度分别为1 358 K 和707 K，就平均降温效果来说，也是流量越大越好；然后是最高温度分别为2 007 K 和2 294 K，流量和流速的增大显著增加了最高温度；最低温度分别为557 K 和335 K，可见就最低温度（均位于轴线与地面相交点）来说流量越大越好。就轴线温度来说，最重要的是代表能量的核心区长度，以及关注高温对地面的烧蚀作用（体现在最低温度），就这两项来说工况H 都是最好的。此外，工况H 在平均温度方面的降温效果也最好。

3） 地面温度分布对比

首先从地面平均温度对比来看，工况G、H 分别为442 K 和323 K，最高温度分别为559 K和336 K，就平均温度和最高温度两项指标来说都是H 更好（图5.141）。

图5.140　工况G、H 与无水状态下轴线温度对比

图5.141　工况G、H 的地面温度对比

注水燃气流场的一些共性如下。

（1）流场形态：由于水射流的挤压和阻滞作用，燃气主流都出现了不同程度的分叉，大致趋势是水流量越大，水流速度越大，则分叉的角度越大；在水射流的干预下，燃气主流沿射流轴线方向的一系列横截面的形状也发生了变化，根据注水参数组合的不同，其横截面形状也由圆形变成了各种不同的形状。

（2）轴线温度及核心区长度：由于水射流的汽化吸热作用，燃气主流的轴线温度都出现了不同程度的降低，大致趋势是水流量越大，水流速度越大，则降温效果越显著；而与此同时，核心区长度有不同程度的减小，表征了燃气主流的部分能量转移到水相的汽化中去了；需要指出的是，虽然水射流整体上降低了轴线温度并且减小了核心区长度，但由于其具有的挤压和阻滞作用却升高了核心区内部燃气主流的温度，升高的程度根据注水参数的组合不同而不同。

（3）地面温度：由于水射流的汽化吸热效应，燃气主流与地面接触后出现的滞止升温现象消失了，并且根据注水参数的不同，地面均出现了不同程度的降温。

机理分析：

在水流速度不太大、水量不太大的情况下（A～G 工况），即水的动量相对于燃气主流的动量来说是个小量的时候，水射流在与燃气主流接触的时候发生了射流破碎现象，由一股水射流分叉变成了好几股，甚至变成水帘形态。由于黏性的存在，分叉后的水射流附着在燃气主流之上，并且顺着燃气主流往下继续发展，在这一过程中不断地继续破碎、分叉，紧紧包裹在燃气主流之外，与燃气不断发生动量交换和热量交换。同时由于水射流的阻滞作用，部分燃气主流受到挤压，表现为出现分叉，并且核心区温度较之无水工况反而升高。

而当水流速度较大，且水量也较大的时候（H 工况），即水的动量相对于燃气主流的动量来说不再是小量的时候，水射流对燃气主流的阻滞效应则非常明显，在这种情况下，水相拥有与燃气相相当的地位，而不再是从属地位。它将彻底改变燃气射流的流场形态，迫使燃气射流不再占据中心轴线附近的空间，而是从水射流汇集点附近开始呈分叉状态从水射流周围的空隙中流过。在汇集点上方的轴线温度升高非常明显，而核心区也就在汇集点附近消失殆尽了。

对工程比较关注的几种情况进行了对比分析，得出以下几个结论。

（1）在水的流量和喷管的数量已经固定的情况下，可以通过调整单个水管出口的截面积来调整流速，从而得到截面积和流速的最优组合，达到最大化降温效果的目的。

（2）在水流速度一定、喷管数量一定的情况下，通过增大水管出口截面积从而增大流量的方式可以显著提高降温效果。

（3）在水流速度一定、单个喷管截面积一定的情况下，通过增加喷管数量来增大流量的方式降温效果甚微。

（4）在单个水管出口截面积一定、喷管数一定的情况下，通过提高出口速度从而增大流量的方式可以显著提高降温效果。