流體力學徐正坦主編課后答案解析第五章

1、 第五章習題簡答5-1有一薄壁圓形孔口，直徑d= 10mm，水頭H為2m。現(xiàn)測得射流收縮斷面的直徑dc為8mm，在32.8s時間，經(jīng)孔口流出的水量為0.01m3，試求該孔口的收縮系數(shù)，流量系數(shù)，流速系數(shù)及孔口局部損失系數(shù)。解:5-2薄壁孔口出流，直徑d=2cm，水箱水位恒定H=2m，試求：（1）孔口流量Q；（2）此孔口外接圓柱形管嘴的流量Qn；（3）管嘴收縮斷面的真空高度。題5-2圖解：（1）孔口出流流量為（2）（3）真空高度：5-3 水箱用隔板分為A、B兩室，隔板上開一孔口，其直徑d1=4cm，在B室底部裝有圓柱形外管嘴，其直徑d2=3cm。已知H=3m，h3=0.5m試求：（1）h 1，h

2、 2；（2）流出水箱的流量Q。 題5-3圖解：隔板孔口的流量圓柱形外管嘴的流量由題意可得Q1=Q2，則解得5-4 有一平底空船，其船底面積為8m2，船舷高h為0.5m，船自重G為9.8kN。現(xiàn)船底破一直徑10cm的圓孔，水自圓孔漏入船中，試問經(jīng)過多少時間后船將沉沒。題5-4圖解：在船沉沒的過程中存在（浮力定律）得船沉沒過程中水自圓孔漏入的流量是不變的。另外，當h2=0時，h1=0.125，則5-5游泳池長25m，寬10m，水深1.5m，池底設(shè)有直徑10cm的放水孔直通排水地溝，試求放凈池水所需的時間。解：設(shè)孔口在某時間t的作用水頭為h，dt時間經(jīng)孔口流出的水的體積又dt時間游泳池水面下降dh，

3、則體積減少為dV=-dh由連續(xù)方程可得5-6 油槽車的油槽長度為l，直徑為D，油槽底部設(shè)有卸油孔，孔口面積為A，流量系數(shù)為，試求該車充滿油后所需卸空時間。題5-6圖解：在某時間t時，油槽中油面高度為h,dt時間經(jīng)孔口泄出的油的體積為又dt時間游泳池水面下降dh，則體積減少為由連續(xù)方程可得即 5-8 虹吸管將A池中的水輸入B池，已知長度l 1=3m，l 2=5m直徑d=75mm，兩池水面高差H=2m， 最大超高h=1.8m，沿程阻力系數(shù)=0.02，局部損失系數(shù)：進口a=0.5，轉(zhuǎn)彎b=0.2，出口c= 1.0，試求流量及管道最大超高斷面的真空度。題5-8圖解：這是簡單短管道水力計算，應(yīng)用公式有:

4、取斷面0-0、1-1伯努利方程又 5-9 如圖所示，用水泵自吸水井向高位水箱供水。已知吸水井水面高程為155.0m，水泵軸線的高程為159.6m，高位水箱水面高程為179.5m，水泵的設(shè)計流量為0.034m3/s，水泵吸、壓水管均采用鑄鐵管，其長度分別為8m和50m，吸水管進口帶底閥濾網(wǎng)的局部阻力系數(shù)1=5.2 ，管路中三個彎頭的局部阻力系數(shù)均為2=0.2，水泵出口斷面逆止閥和閘閥的局部阻力系數(shù)分別為3=6.5和4=0.1，水泵進口斷面的允許真空度h v=6.0mH2O。試確定：（1）水泵吸、壓水管直徑d吸和d壓；（2）校核水泵進口斷面的真空度是否滿足允許值；（3）若該水泵能夠正常工作，其揚程

5、H為多少？（4）繪制水泵管路系統(tǒng)的測壓管水頭線和總水頭線。（ 經(jīng)濟流速；吸水管路v允許=1.2m/s、壓水管路v壓=2m/s ）題5-9圖解：（1）吸水管路v允許=1.2m/s 取d吸=200mm壓水管路v壓=2m/s 取d壓=150mm（2）列0-0、1-1截面的伯努利方程；又 所以水泵進口斷面的真空度是滿足允許值（3）(4)5-10 風動工具的送風系統(tǒng)由空氣壓縮機、貯氣筒、管道等組成，已知管道總長l=100m，直徑d=75mm，沿程阻力系數(shù)=0.045，各項局部水頭損失系數(shù)之和=4.4，壓縮空氣密度=7.86kg/m3，風動工具要風壓650kPa，風量0.088m3/s，試求貯氣筒的工作壓

6、強。題5-10圖解：5-11 水從密閉容器A，沿直徑d=25mm，長l=10m的管道流入容器B，已知容器A水面的相對壓強p1=2at，水面高H 1=1m，H2 =5m，沿程阻力系數(shù)=0.025，局部損失系數(shù)：閥門V=4.0，彎頭b=0.3，試求流量。題5-11圖解：列兩液面的伯努力方程其中，代入上式得5-12 由水塔向水車供水，水車由一直徑d=150mm，長l=80m的管道供水，該管道中共有兩個閘閥和4個90°彎頭（= 0.03，閘閥全開a=0.12，彎頭b=0.48）。已知水車的有效容積V為25m3，水塔具有水頭H=18m，試求水車充滿水所需的最短時間。題5-12圖解：列水塔液面及

7、管道出流斷面的伯努利方程5-13 自閉容器經(jīng)兩段串聯(lián)管道輸水，已知壓力表讀值p M =1at，水頭H=2m，管長l 1 =10m，l 2 =20m，直徑d 1 =100mm，d 2 =200mm，沿程阻力系數(shù)1=2=0.03，試求流量并繪總水頭線和測壓管水頭線。題5-13圖解：可將本題看成簡單長管串聯(lián)的水力計算，不計流速水頭和局部水頭損失。則作用水頭由于不計流速水頭和局部水頭損失，故其總水頭線是與測壓管水頭線重合，并且坡度沿流程不變的直線。具體結(jié)果如下圖所示。5-15 儲氣箱中的煤氣經(jīng)管道ABC流入大氣中，已知測壓管讀值h為10mmH2O，斷面標高ZA=0、Z B =10m、Z C=5m，管道

8、直徑d=100mm，長度l AB=20m，l BC=10m，沿程阻力系數(shù)=0.03，管道進口e=0.6和轉(zhuǎn)彎的局部阻力系數(shù)b=0.4 煤氣密度=0.6kg/m3，空氣密度=1.2kg/m3，試求流量。題5-15圖解：列1-1、2-2斷面的伯努利方程5-16 水從密閉水箱沿垂直管道送入高位水池中，已知管道直徑d=25mm，管長l=3m，水深h=0.5m，流量Q=1.5L/s，沿程阻力系數(shù)=0.033，閥門的局部阻力系數(shù)V =9.3，試求密閉容器上壓力表讀值 p m，并繪總水頭線和測壓管水頭線。題5-16 圖解：管道的沿程損失及局部損失列上，下兩液面的伯努利方程5-17 并聯(lián)管道，總流量Q=25L

9、/s，其中一根管長l 1=50m，直徑d 1 =100mm，沿程阻力系數(shù)=0.03，閥門的局部阻力系數(shù)=3，另一根管長l 2=30m，直徑d 2 =50mm，沿程阻力系數(shù)=0.04，試求各管段的流量及并聯(lián)管道的水頭損失。題5-17圖解：l1與l2并聯(lián)水頭損失：5-18 在長為2l，直徑為d的管道上，并聯(lián)一根直徑相同，長為l的支管，若水頭H不變，不計局部損失，試求并聯(lián)支管前后的流量比。題5-18圖解：本題屬簡單管道的水力計算。并聯(lián)前：并聯(lián)后：又有5-19 有一泵循環(huán)管道，各支管閥門全開時，支管流量分別為Q 1、Q2，若將閥門A開度關(guān)小，其它條件不變，試論證主管流量Q怎樣變化，支管流量Q 1、Q

10、2怎樣變化。題5-19圖解：水泵揚程H =hf= SQ2+S2Q22當閥門A開度關(guān)小時，很顯然Q1減小。若Q2不變或減小，則Q=Q1+Q2也減小，另外S、S2是不變的，所以H = SQ2+S2Q22也變小，而H為水泵的揚程是不變的，所以兩者矛盾，故不成立。所以Q2只能增大。而，當Q2增大時，Q減小。綜上所述：Q減小，Q1減小，Q2增大。5-20 應(yīng)用長度為l的兩根管道，從水池A向水池B輸水，其中粗管直徑為細管直徑的兩倍d 1 = 2d 2，兩管的沿程阻力系數(shù)相同，局部阻力不計。試求兩管中流量比。題5-20圖解：而h1=h2，所以5-22 水塔經(jīng)串、并聯(lián)管道供水，已知供水量0.1m3/s，各段直

11、徑d 1=d 4=200mm，d 2 =d3=150mm，各段管長l 1=l 4=100m，l 2=50m ，l 3=200m各管段的沿程阻力系數(shù)均為=0.02，局部水頭損失不計。試求各并聯(lián)管段的流量Q 2、Q 3及水塔水面高度H。 題5-22圖解：5-23 如圖所示鑄鐵管供水系統(tǒng)，已知水塔處的地面標高為104m，用水點D處的地面標高為100m，流量Q=15L/s，要求的自由水頭Hz = 8mH2O，均勻泄流管段4的單位長度途泄流量q CD = 0.1L/s.m，節(jié)點B處分出的流量q B =40L/s，各管段直徑d 1=d 2 =150mm，d 3=300mm，d 4=200mm，管長l 1=

12、350m，l 2 =700m，l 3 =500m，l 4 =300m，試求水塔水面高度H0。題5-23圖 解：，比阻不需修正。H0=a3l3Q32+k2a2l2Q22+k4a4l4(QD+0.55qCD)2+HZ-H各管段的比阻由表5-5查得，代入上式H0=1.025×500×0.0852+1.02×41.85×700×0.018642+1.03×9.029×300×0.03152+8-4=20.8m5-24 通風機向水平風道系統(tǒng)送風，已知干管直徑d 1=300mm，長度l 1=30m，末端接兩支管，其中一直徑d

13、2=150mm，長度l 2 =20m；另一支管是截面為0.15×0.2m的矩形管，長度l 3 =15m，通風機送風量Q =0.5m3/s，各管段沿程阻力系數(shù)均為=0.04，空氣密度=1.29kg/m3，忽略局部阻力，試求通風機的風壓。題5-24圖解：本題屬簡單長管道的水力計算，不計流速水頭和局部水頭損失。；，S2Q22>S3Q32，取S2Q225-25 工廠供水系統(tǒng)，由水泵向A、B、C三處供水，管道均為鑄鐵管，已知流量Qc=10L/s，q B =5L/s，q A = 10L/s，各管段長l 1=350m，l 2 = 450m，l 3 =100m，各段直徑d 1=200mm，d 2 =150mm，d 3 =100mm，整個場地水平，試求水泵出口壓強。 題5-25圖解：本題屬簡單長管道的水力計算，不計流速水頭和局部水頭損失。Q1=qA+qB+QC=10+5+