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.docx
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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,」•-0.62
v二2gh=9.6m/s得：
Q=S=4.8210^m3/s
（2）视作管嘴，—」=0.82
v=.2gh=8.12m/s得：
Q=」vA=6.3810“m3/s
3•—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（H20.1）
查表得f=0.6,J2=0.82，解得：
H2=1.85m
（3）解得Q1^3.58X10-3m3/s
4•证明容器壁上装一段短管（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二2gHo
5•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
=0.707
6•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/m3。
30m/s。
此时静压箱
解:
"•p
v=2，得=p=1.08kN/m2
7.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0.8。
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/s
（3）Q“A2gHo,叫十”齧
得：
Q=0.0236m3/s
9•室内空气温度为30C，室外空气温度为20C,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=H0.37=2.744N/m2
Q=［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
pig（—
22
因为p1=P2=Pa,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：
QM1=Pa
V
QM2=^Aj2g骨
又由于连续性方程
QM1=QM2
查得烏=1.205kg/m3,匸=1.165kg/m3
Qmi=Qm2-Qm=12.96kg/s
10•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=_.7gh，，是U形压差计液体容重，?
为气体容重
Q=PAV2gH；=AA』2g齐叫2g^%叫2g舟h
11.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/s
12.什么叫管路阻抗？
（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：
H21SQ（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=5mH20,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S0.0052
二S=2105s2/m5
252
H2=SQ2=21050.00852=14.45m
15.两水池用虹吸管连通，上下游水位差H=2m，管长L1=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..2gH
Q=4—
c-2--'「八
05m3/S
方法二:
EL—8（）d
■:
dg
hv咤-Zi）
gL||L2l
H
.aL2L3）
d
=2.75m
（C=10,b-1.5,0-1）
•••负压值为-2.93m
16.如图水泵抽水系统，管长、管径单位为
求：
.33
m,Z给于图中，流量Q=40X10"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/s
8人L1十匚+匚2]
解：
（1）SHl='=118.69s2/m5
Ttdig
fI
8人匕+J+J+1
。
2丿25
Sh2=厂飞=2106.1s/m
兀dig
（2）H=h（Sh1+Sh2）Q2=23.56m（其中h=173=20m）
（3）略
17•图为一水平安置的通风机，吸入管d1=200m,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：
⑴SP^^
2
JI
Sp2
2d
Sp3
「8（丄1）
d3
2d
Sp二S
P1
2
p=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=2830Pa
18.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=S3
19.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Q1Q2。
（2）hfi=hf2
20.有一简单并联管路如下图，总流量Q=80XW-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，L仁600m，第二支路d2=200mm，L2=360m。
11
解牛：
Qi:
Q2=S2：
JS〔（Q川■
vS
Si=
8丄1di
di4g
25
=3104.8s/m
I
8'L2fd2
25
=1862.9s2/m5
解得：
Q1:
Q^0.774
Q2=4510'm3/s
Qj=3510"m3/s
600（minj/i
解:
Q2：
Q3：
Q4
L2
d4=2185:
1743:
3375
.L4
L5
Q2
Q3Q4二Qa
S2=346.8s2.m5
Q2
2185
-218517433375Qa一。
"山s
H并=S2Q；-11.15m
H1=S1Q2=S2Q2=3.72m
21.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。
hl
350（mm
/
8兀L5
2爲矿評
e
/i1000（m）
2
Hi5=Si5Q13m
二H=11.1513=24.15m
23.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：
Q^Q2q3
Q1、Q2、Q3，若在支管2
如图中所示。
冋Q1和Q2、
Q=Q1Q^Q1Q2Q3
（1）2O=SQ2
（2）20=5+Sq'2+SQ；=5+S（Q2Q3）2SQ；
（3）20=10+SQ'2+2SQ2
联立
（1）
（2）（3）Q1=4.46X10-3m3/s
Q2=2.41x10-3m3/s
Q3=0.63x10-3m3/s
26.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L1=200,L2=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）；
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（2）若要流量减少一半，阀门的阻力系数为多少?
T
解：
（1）Qc=Qa+Qb
S=
8L
~25~
二dg
H二SQAS3QC
H=S2QB'S3QC
解得：
Qc=60.251O‘m3/s
⑵当流量减少一半qc=qaqb-—C
2
8（3）
d3
2.4
■:
d3g
'2
二SiQa
S3QC2
'2
-S2QB
S3Q；
解得：
=256
28•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,Q2,
_P
1
=Sab
'2
2
P
Y
'2
3
-二SacQ'2S
H
80.02200
二2g0.35
=136.29
_8x0.02x200
Sad=25~
ir2gx0.45
=32.342
80.02160
二2g0.35
=109
80.02120
2
二g3.5
=81.8
解得：
Q；=0.47m3/s,Q2=0.4577m3/s,Q；=0.94m3/s
'Q3
二Q2=Q20.45770.2348=0.692m3/s
2
Q3
Q3=Q.0.940.2348=1.174m3/s
2
3
Q1=Q2■Q3=1.866m/s
2
二Pc=44.2kN/m
29.环状管网流量计算，进行二次校正计算。
l-
】=lOOCnuD=Q.3m
k=0,0234,Q=0,15m3s
Z=500mI1=0.0243
0,06
C
D=0.4m
Q=OT13m5s
500mlD=0.4m
k=0.0243
Q=0.1s
7=400m
X=0.026S
C.05m^m
I=lOOOcuD=Q”4m
k=0.0243>Q=0.01s
+D=03m—Z=400m
Q=0,0Sm3skX-0.026S
■'=1000m*D=0,3m
D=0.3m
Q=0.04m-s
X=0.0268jQ=O.O3m3.s
解：
第一次校正计算
环
路
管
段
假定流量
Qi
Si
hi
hi/Qi
△Q
管段校正流量
校正后的流量
Qi
校正后的h
1
AB
+0.15
59.76
+1.3346
8.897
-0.0014
-0.0014
0.1486
1.3196
环
路
管
段
假定流量Qi
Si
hi
hi/Qi
△Q
管段校正流量
校正后的流量
Qi
校正后的h
2
CD
+0.01
196.42
+0.0196
1.960
+0.0175
+0.0014
0.0289
0.1641
DF
+0.04
364.42
+0.5830
14.575
0.0175
+0.0175
0.0575
1.2049
FE
-0.03
911.05
-0.8199
27.330
+0.0175
-0.0125
-0.1424
EC
-0.08
364.42
-2.3323
29.154
+0.0175
-0.0625
-1.4235
-2.5496
73.019
-0.1969
第二次校正计算
环路
管段
假定流
量Qi
Si（不
变）
hi=SQ：
hi/Qi
AQ
管段校
正流量
校正后流量
Qi
I
AB
0.1486
59.76
1.3196
8.880
0.0018
0.0018
0.1504
BD
0.0986
98.21
0.9548
9.684
0.0018
0.1004
DC
-0.0289
196.42
-0.1641
5.678
0.0018
-0.0016
-0.0287
CA
-0.1514
98.21
-2.2512
14.869
0.0018
-0.1496
共计工
-0.1409
39.111
n
CD
0.0289
196.42
0.1641
5.678
0.0016
-0.0018
0.0016
0.0287
DF
0.0575
364.42
1.2049
20.955
0.0016
0.0591
FE
-0.0125
911.05
-0.1424
11.392
0.0016
-0.0109
EC
-0.0625
364.42
-1.4235
22.776
0.0016
-0.0609
共计工
-0.1969
60.801
BD
+0.10
98.21
+0.9821
9.821
DC
-0.01
196.42
-0.0196
1.960
CA
-0.15
98.21
-2.2097
14.731
0.0874
35.410
-0.0014
0.0986
0.9548
-0.0014
-0.0175
-0.0289
-0.1641
-0.0014
-0.1514
-2.2512
-0.1409
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