流体力学龙天渝蔡增基版课后答案孔口管嘴管路流动

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一样， 问每个孔口的出流量是 否一样？ 解：由Q  A 2gH 0 及深度无关，所以每个孔口的出流量一样 2.有一水箱水面保持恒定〔5m〕 ，箱壁上开一孔口，孔口直径 10。 〔1〕如果箱壁厚度 δ=3，求通过孔口的流速和流量。 〔2〕如果 箱壁厚度 δ=40，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 2gh  9.6m/s 得：Q  vA  4.82104m3/ s 〔2〕视作管嘴，  0.82 v 2gh 8.12m/s 得：Q  vA  6.38104m3/s 3.一隔板将水箱分为A、B两格，隔板上有直径为d 1=40 的薄壁 孔口，如题 5-3图，B箱底部有 一直径为d 2=30 的圆柱形管嘴，管嘴长 0.1m，A 箱水深H 1=3m 恒 定不变。 〔1〕分析出流恒定性条件〔H 2 不变的条件〕 。 〔2〕在恒定出流时，B箱中水深H 2 等于多少？ 〔3〕水箱流量Q 1 为何值？ 解： 〔1〕当Q 12 时 出流恒定 〔2〕因为Q 12，  1 A 1 2g(H 1  H 2 )  2 A22g(H 2  0.1) 查表得  1  0.6， 2  0.82，解得：H 2 1.85m 〔3〕解得Q 1 ×10 m 4.证明容器壁上装一段短管〔如下图〕 ，经过短管出流时的流量 系数  -33 μ 1 及流速系数为 l 1 d v2v2l v2 证：∵ H 0  2g2gd 2g ∴v  2gH 0 其中    1 l 1 d 5.某诱导器的静压箱上装有圆柱形管嘴，管径为 4，长度l=100， λ=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   1 l 1 d  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 30。此时静压箱内应保持多少压强？空气密度为ρ。 3 解：v  2 p ，得p 1.08kN / m2  7.某恒温室采用多孔板送风，风道中的静压为 200，孔口直径为 20，空气温度为 20℃，μ=0.8。要求通过风量为 1m 。问需要布 置多少孔口？ 解：nA 2 3 p  ，得 n  218.4，所以需要219个 8.水从A水箱通过直径为 10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 H 2 =2m 时，求通过孔 口的流量。 〔3〕A箱水面压力为 2000，H 1 =3m 时，而 B水箱水面压力为 0， H 2 =2m 时，求通过孔口的流量。 解： 〔1〕属孔口自由出流 Q A 2gH 0 ， H 0  H1 得：Q  0.037m3 /s 〔2〕属孔口淹没出流， Q A 得：Q  0.0216m3 /s 〔3〕Q  A 2gH 0 2gH 0 ， H 0  H1 H 2 ， H 0  H1 H 2  2000 9807 得：Q  0.0236m3 /s 9.室内空气温度为 30℃，室外空气温度为 20℃，在厂房上下部 各开有 8m 的窗口，两窗口的中心高程差为 7m，窗口流量系数 2 μ=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： P  H g  H 0.37  2.744N /m2  内A 2p 内 = 〔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 p 1  g( a )(z 2  z 1 )  v 1 2 2  p 2  2v 2 2  p L 因为 12a ,v 1  v 2 p L  g( a )H  0,所以 又由于p L  p 1  p 2 根据气体孔口淹没出流的流量公式： Q M1  a A 2g A 2g p1 g p 1 g a M 2 又由于连续性方程 Q M1  Q M 2 查得 a 1.205kg /m3,1.165kg /m3 M1  Q M 2  Q M 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   gh，,是 U 形压差计液体容重， 为气体容重 p,, Q A 2gH 0 A 2gA 2gh A 2gh g  11.如上题图孔板流量计， 输送 20℃空气， 测量 1002O。μ=0.62， 100，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及管中流量无关， 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。 S H 用在液体管路， 在紊流粗糙区时，S及管中流量无关 〔因为此 S P 用在气体管路。 时及 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。 ,p 2  p 1 ,  SQ2(如果冷却措 解：H  g 施是开式那么需加上 h) 14. ,总水头损失 5 2O,现在要把流量增加到 0.0085m ,试问水泵 应供应多大压头。 解： H1 SQ12即5  S 0.0052 ∴ S  2105s2/m5 H 2  SQ2 21050.0085214.45m 33 15.两水池用虹吸管连通，上下游水位差 2m，管长L１＝3m，L 2 ＝5m，L 3＝4m，直径 200，上游水面至管顶高度 1m。λ＝0.026, 进口网ζ=10，弯头ζ〔每个弯头〕 ，出口ζ＝ ，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：  4 d22gH 3  c  2 b  0  L 1  L 2  L 3  d 方法二： 8( S  L  d ) 2d4g 又 H  SQ2，解得Q  0.05m3/ s 〔2〕h v  (Z C  Z1)  ∴负压值为 16.如图水泵抽水系统，管长、管径单位为 m，ζ给于图中，流 量 40×10 m ，λ=0.03。求： 〔1〕吸水管及压水管的S数。 〔2〕求水泵所需水头。 -33 d H= 〔 C 10, b 1.5, 0 1〕 (L 1  L 2  L 3 )  c  2 b  0  d 1 c  2 b  L 1  L 2  〔3〕绘制总水头线。 L 1  8  12   d   1  24 d1g 2 5解： 〔1〕 S H1 S H 2