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1、最新流体力学龙天渝蔡增基版课后答案第五章孔口管嘴管路流动第五章孔口管嘴管路流动1图中穿孔板上各孔眼的大小形状相同，问每个孔口的出流量是否相同?解：由 Q - A . 2gH0与深度无关，所以每个孔口的出流量相同2有一水箱水面保持恒定(5m),箱壁上开一孔口，孔口直径 d=10mm。( 1)如果箱壁厚度S =3mm求通过孔口的流速和流量。(2)如果箱壁厚度 S =40mm求通过孔口的流速和流量。解: (1 )视作薄壁小孔口， =0.97 ,-0.62v 二 2gh =9.6m/s 得：Q = S = 4.82 10m3/s(2 )视作管嘴，=0.82v = .2gh=8.12m/s 得：Q =v

2、A=6.38 10“m3/s3隔板将水箱分为 A、B两格，隔板上有直径为 d1=40mm的薄壁孔口，如题 5-3图，B箱底部有一直径为 d2=30mm的圆柱形管嘴，管嘴长 l=0.1m , A箱水深H1=3m恒定不 变。(1) 分析出流恒定性条件(H2不变的条件)。(2) 在恒定出流时，B箱中水深H2等于多少？(3 )水箱流量Q1为何值？解: (1 )当Q1=Q2时出流恒定(2)因为 Q1=Q2, g . 2g(H1 -H2)= 2A2 .2g(H2 0.1)查表得 f =0.6, J2 =0.82，解得：H2 = 1.85m(3)解得 Q1 3.58 X 10-3 m3/s4证明容器壁上装一

3、段短管(如图所示) ，经过短管出流时的流量系数 与流速系数为护=P 鳥八1证： Ho v 二 2gHo5某诱导器的静压箱上装有圆柱形管嘴，管径为 4mm，长度l=100mm , ；=0.02，从管嘴入口到出口的局部阻力系数 0.5，求管嘴的流速系数和流量系数(见上题图) 。解：由题得:=J，1= 0.7076如上题，当管嘴外空气压强为当地大气压强时，要求管嘴出流流速为 内应保持多少压强？空气密度为 p=1.2kg/m 3。30m/s。此时静压箱解: pv = 2 ，得=p =1.08kN/m27.某恒温室采用多孔板送风， 风道中的静压为200Pa,孔口直径为20mm ,空气温度为20C,尸0.

4、8。要求通过风量为1m3/s。问需要布置多少孔口？解:Q=nA2：P，得n =218.4，所以需要219个8.水从A水箱通过直径为10cm的孔口流入B水箱，流量系数为0.62。设上游水箱的水面高程H1 =3m保持不变。(1)B水箱中无水时，求通过孔口的流量。(2)B水箱水面高程H2=2m时，求通过孔口的流量。(3)A箱水面压力为2000Pa, H1 =3m时，而B水箱水面压力为0, H2=2m时，求通过孔口的流量。解：(1 )属孔口自由出流Q A .2gH , H。二已得：Q = 0.037m3/s(2)属孔口淹没出流， Q=A.2gH0 , H=H1-H2精品文档得：Q =0.0216m3/

5、s(3) Q“A2gHo ,叫十”齧得：Q=0.0236m3/s9室内空气温度为 30C，室外空气温度为 20 C,在厂房上下部各开有 8m2的窗口，两窗口 的中心高程差为7m,窗口流量系数 尸0.64，气流在自然压头作用下流动，求车间自然通风 换气量（质量流量）。解：g =H 0.37 =2.744N/m2Q=内-A =12.96kg/s（方法二）：分别令上下部窗口外渐变流断面 2和断面1,根据气体能量方程，得pi g(2 2因为 p 1 =P 2 =P a , V1 =V2 : 0 ,所以Pl =g(a - )H又由于二Pl = ip2根据气体孔口淹没出流的流量公式：Q M 1 = PaV

6、QM2= Aj2g 骨又由于连续性方程Q M 1 = QM2查得 烏=1.205kg/m3,匸=1.165kg/m3Qmi=Qm2 - Qm =12.96kg/s10如图示管路中输送气体，采用 U形差压计测量压强差为 h米液体。试推导通过孔板的流量公式。解：.p = _ .7 gh，是U形压差计液体容重，?为气体容重Q = PAV2gH； = AA2g 齐叫2g% 叫2g舟 h11.如上题图孔板流量计，输送 20C空气，测量 h=100mmH20。尸0.62, d=100mm，求 Q。解：将数据代入上题公式得 Q =0.2m3/s12.什么叫管路阻抗？（又称为综合阻力数）为什么有两种表示？在什

7、么情况下， S与管中流量无关，仅决定于管道的尺寸及构造？解：阻抗反映管路上沿程阻力和局部阻力情况。 SH用在液体管路，Sp用在气体管路。在紊流粗糙区时，S与管中流量无关（因为 此时与v以及流体状态无关），仅决定于管道的尺 寸和构造。13.供热系统的凝结水箱回水系统如图。试写出水泵应具有的作用水头表达式。“ p2 p； 2解：H 2 1 SQ （如果冷却措施是开g式则需加上h）14.某供热系统，原流量为 0.005m3/s，总水头损 失h=5mH 20,现在要把流量增加到 0.0085m3/s, 试冋水泵应供给多大压头。解：H1 二 SQ2 即 5 二 S 0.0052二 S =2 105s2/

8、m52 5 2H2 =SQ2 =2 105 0.00852 =14.45m15.两水池用虹吸管连通，上下游水位差 H=2m，管长L 1 = 3m, L2 = 5m, L3= 4m，直径d=200mm，上游水面至管顶高度 h=1m。已知 匸0.026,进口网 Z10，弯头Z1.5(每个弯头)， 出口 t= 1.0，求：(1)虹吸管中的流量；(2)管中压强最低点的位置及其最大负压值。解：(1 )方法一：d2.2gHQ= 4c -2- - 八05m3/S方法二:EL 8( ) d: d ghv 咤-Zi)gL|L2lH.a L2 L3)d=2.75m(C =10, b -1.5, 0 -1)负压值为

9、-2.93m16.如图水泵抽水系统，管长、管径单位为求：. 3 3m, Z给于图中，流量 Q=40 X10 m /s, A=0.03。(1)吸水管及压水管的 S数。(2)求水泵所需水头。(3 )绘制总水头线。=SQ2，解得 Q =0.05m3/s8人L1十匚+匚2 解：(1) SHl = =118.69s2 /m5Tt digf I8 人匕 + J +J +1。 ,2 丿 2 5Sh2= 厂飞 =2106.1s /m兀di g(2) H =h ( Sh1+ Sh2 ) Q2 = 23.56m (其中 h =17 3 = 20m)(3 )略17图为一水平安置的通风机，吸入管 d1=200m ,

10、l1=10m ,启0.02。压出管为直径不同的两段管段串联组成，d2=200mm， b=50m，入=0.02; 250m , A=0.02。空气密度为 p=1.2kg/m3, 风量为Q=0.15m3/s,不计局部阻力。试计算：(1)风机应产生的总压强为多少？(2)如风机与管道铅直安装，但管路情况不变，风机的总压有无变化？(3)如果流量提高到 0.16m3/s，风机总压变化多少？(4)绘出全压线与静压线图。P8 解：SP2JISp22dSp38(丄 1)d32dSp 二 SP12p = SPQ解得：p=2500Pa(2 )铅直安装不会改变总压，因为同种气体位压等于零(3) p =SPQ2 =28

11、30Pa18.并联管路中各支管的流量分配，遵循什么原理？如果要得到各支管中流量相等，该如何 设计管路？1解：并联管路Q ：，如果要得到各支管流量相等必须各支管 S相等应设计成S1=S2=S319.有两长度尺寸相同的支管并联，如果在支管 2中加一个调节阀(阻力系数为 Z),则Q1和Q2哪个大些？阻力hf1和hf2哪个大些？ 解: (1) S1Q12=S2Q； , S与 Z有关因为 S, : S2，故 Q1 Q2 。(2) hfi = hf220.有一简单并联管路如下图，总流量Q =80 XW-3m3/s, /=0.02，求各管段之间的流量及两节 点之间的水头损失。第一支路 d1 =200mm，

12、L仁600m，第二支路d2 =200mm， L2=360m。1 1解牛：Qi:Q2=S2 ： JS ( Q 川v SSi =8 丄1 didi4g2 5=3104.8 s /mI8 L2 fd22 5=1862.9s2 /m5解得：Q1 : Q0.774Q2 = 45 10m3 /sQj =35 10 m3/s600( min j/i解:Q2 ：Q3 ： Q4L2d4 =2185:1743:3375.L4L5Q2Q3 Q4 二QaS2 =346.8s2. m5Q22185-2185 1743 3375 Qa 一。山 sH 并=S2Q； - 11.15mH1 = S1Q2 = S2Q 2 = 3

13、.72m21.如上题，若使Qj二Q2如何改变第二支路?解：d2减小或加调节阀等增加阻力的措施。22.如图所示管路，设其中的流量 QA=0.6m3/s, /=0.02，不计局部损失，其它已知条件如图,求A、D两点间的水头损失。hl350( m m/8 兀 L52爲矿評e/i 1000( m)2Hi 5 =Si5Q 13m二 H =11.15 13 =24.15m23.管段 1 的管径为 20mm，管段 2 为 25mm ,1 为 20m ,2 为 10m，匕 7 15=0.025 ,流量分配有何变化？ 解：这样Q1更小，Q2更大，所以应将管段 1的管径改为25mm，管段2的管径改为20mm，两

14、管流量可接近。24.已知某枝状管网的的末端再加一段管子，Q3各有何变化？解:由于总阻抗加大，H二SQ2，使总流量Q1减小由于H不变，Q3减小，所以Q2减小25.三层供水管路，各管段的S值皆 106s2/m5, 层高均为5m。设a点的压力水头为 20m，求Q1、Q2、Q3,并比较三流量，得出结论来。（忽 略a处流速水头）解：QQ2 q3Q1、Q2、Q3，若在支管 2如图中所示。冋Q1和Q2、Q =Q1 QQ1 Q2 Q3(1)2O=SQ2(2)20= 5+Sq2+SQ；=5+S(Q2 Q3)2 SQ；（3） 20= 10+SQ2+2SQ2联立（1） （2） （3） Q1= 4.46X 10-3m

15、3/sQ2= 2.41 x 10-3 m3/sQ 3 = 0.63 x 10-3 m3/s26.如上题，若想得到相同的流量，在 a点压力水头仍为20m时，应如何改造管网？解：加大底层阻力（如加阀门，减小管径） 。减小上层阻力（如加大管径）27. 水由水位相同的两贮水池A、E沿着L 1=200, L 2=100m , d1=200m , d2=100m的两根管 子流入L3=720m , d3=200m的总管，并注入水池水中。求：（1 ）当H=16m, Xl=后=0.02 , /2=0.025时，排入C中的总流量（不计阀门损失）；精品文档(2)若要流量减少一半，阀门的阻力系数为多少?T解：(1)Q

16、c=Qa+QbS=8L2 5二 d gH 二SQA S3QCH = S2QB S3QC解得：Qc =60.25 1Om3/s当流量减少一半 qc =qa qb - C28( 3 )d32.4: d3 g2二 SiQaS3QC22-S2QBS3Q；解得：=25628水平布置的管系，A点的表压强PA=280kN/m2,水流从E、D直接排入大气， AD管直径为0.4m，其它各管直径为Q3和表压强Pc解：由题意得：0.3m,沿程阻力系数 Q0.02，忽略局部损失，确定Q1 , Q 2,_P1=Sab22PY23-二 SacQ2 SH8 0.02 200二2g 0.35=136.29_8x0.02x20

17、0Sad = 2 5ir2g x0.45= 32.3428 0.02 160二2g 0.35= 1098 0.02 1202二 g 3.5= 81.8解得：Q； =0.47m3/s, Q2 = 0.4577m3/s , Q； =0.94m3/sQ 3二 Q2 =Q2 0.4577 0.2348 =0.692m3/s2Q 3Q3 =Q. 0.94 0.2348 = 1.174m3/s23Q1 = Q2 Q3 =1.866m / s2二 Pc = 44.2kN / m29.环状管网流量计算，进行二次校正计算。l-】=lOOCnu D = Q.3 mk= 0,0234, Q = 0,15 m3 sZ

18、 = 500 m I 1 = 0.02430,06CD = 0.4mQ = OT13m5 s500m lD= 0.4mk = 0.0243Q = 0.1 s7=400 mX = 0.026SC.05m mI = lOOOcu D = Q”4mk= 0.0243 Q = 0.01 s+ D = 03m Z=400mQ = 0,0Sm3 s k X-0.026S = 1000 m* D= 0,3mD = 0.3mQ = 0.04m- sX = 0.0268 j Q = O.O3m3.s解：第一次校正计算环路管段假定流量QiSihihi /Qi Q管段校正流 量校正后的流量Qi校正后的h1AB+0.

19、1559.76+1.33468.897-0.0014-0.00140.14861.3196环路管段假定流量QiSihihi /Qi Q管段校正流 量校正后的流量Qi校正后的h2CD+0.01196.42+0.01961.960+0.0175+0.00140.02890.1641DF+0.04364.42+0.583014.5750.0175+0.01750.05751.2049FE-0.03911.05-0.819927.330+0.0175-0.0125-0.1424EC-0.08364.42-2.332329.154+0.0175-0.0625-1.4235-2.549673.019-0.

20、1969第二次校正计算环路管段假定流量QiSi （不变）hi =SQ：hi/QiAQ管段校正流量校正后 流量QiIAB0.148659.761.31968.8800.00180.00180.1504BD0.098698.210.95489.6840.00180.1004DC-0.0289196.42-0.16415.6780.0018-0.0016-0.0287CA-0.151498.21-2.251214.8690.0018-0.1496共计工-0.140939.111nCD0.0289196.420.16415.6780.0016-0.00180.00160.0287DF0.0575364.421.204920.9550.00160.0591FE-0.0125911.05-0.142411.3920.0016-0.0109EC-0.0625364.42-1.423522.7760.0016-0.0609共计工-0.196960.801BD+0.1098.21+0.98219.821DC-0.01196.42-0.01961.960CA-0.1598.21-2.209714.7310.087435.410-0.00140.09860.9548-0.0014-0.0175-0.0289-0.1641-0.0014-0.1514-2.2512-0.1409