流体力学龙天渝课后答案第五章孔口管嘴管路流动.pdf

1 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 0 2gHAQ 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 =3mm 求通过孔口的流速和流量。 2 如果箱壁厚度 =40mm 求通过孔口的流速和流量。 解 1视作薄壁小孔口97.062.0 smghv/6 .92 得smvAQ/1082.4 34 2视作管嘴82. 0 smghv/12.82 得smvAQ/1038.6 34 3.一隔板将水箱分为 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=0.1mA 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)(2 2111 HHgA)1 .0(2 222 HgA 查表得6 .0 1 82.0 2 解得mH85.1 2 3解得 1 Q3.5810-3 m3/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 2 1 1 d l 证 g v d l g v g v H 222 222 0 0 2gHv 其中 1 1 d l 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5 .0求管嘴的流速系数和流量系数见上题图 。 解由题得707.0 1 1 d l 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 30m/s。此时静压箱 内应保持多少压强空气密度为 =1.2kg/m3。 解 p v 2得 2 /08.1mkNp 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 20 =0.8。要求通过风量为 1m3/s。问需要布置多少孔口 解Q= p An2得4 .218n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 1 H=3m保持不变。 1B 水箱中无水时求通过孔口的流量。 2B 水箱水面高程 2 H=2m 时求通过孔口的流量。 3A 箱水面压力为 2000Pa 1 H=3m 时而 B 水箱水面 压力为 0 2 H=2m 时求通过孔口的流量。 解 1属孔口自由出流 0 2gHAQ 10 HH 得smQ/037.0 3 2属孔口淹没出流 0 2gHAQ 210 HHH 3 得smQ/0216.0 3 3 0 2gHAQ 9807 2000 210 HHH 得smQ/0236.0 3 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 8m2的窗口两窗口 的中心高程差为 7m窗口流量系数 =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 2 /744.237.0mNHgHP Q=A内 内 p2 =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 La p v p v zzgp 22 )( 2 2 2 2 1 121 因为 p1=p 2=pa ,0 21 vv,所以 Hgp aL )( 又由于 21 pppL 根据气体孔口淹没出流的流量公式 Q a aM g p gA 1 1 2 Q 2M = g p gA 1 2 又由于连续性方程 Q 21MM Q 查得 33 /165.1,/205.1mkgmkg a 4 Q MMM QQ 21 =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ghP , 是 U 形压差计液体容重为气体容重 hgAhgA g p gAgHAQ , 0 2222 11.如上题图孔板流量计输送 20空气测量 h=100mmH2O。=0.62d=100mm求 Q。 解将数据代入上题公式得smQ/2 .0 3 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。 H S用在液体管路 P S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。 解 2 , 1 , 2 SQ g pp H (如果冷却措施是开 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 2O,现在要把流量增加到 0.0085m3/s, 试问水泵应供给多大压头。 解 2 11 SQH即 2 005.05 S 525 /102msS mSQH45.140085.0102 252 2 15.两水池用虹吸管连通上下游水位差 H=2m管长 L3mL25mL34m直径 5 d=200mm 上游水面至管顶高度 h=1m。 已知 0.026,进口网 =10 弯头 =1.5 每个弯头 出口 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 Q= d LLL gHd bc 321 0 2 2 2 4 =0. 05m3/S 方法二 gd d L S 42 )(8 又 2 SQH 解得smQ/05. 0 3 2)( 1 ZZh Cv H d LLL d LL bc bc )( 2 21 321 0 21 =2.75m 1, 5 .1,10 0 bC 负压值为-2.93m 16.如图水泵抽水系统管长、管径单位为 m 给于图中流量 Q=4010-3m3/s=0.03。 求 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。 6 解 1 1 H S= gd d L 4 1 2 21 1 1 8 =118.69s2 /m5 2 H S= gd d L 4 1 2 43 2 2 18 =2106.1s2 /m5 2 hH 1 H S+ 2 H SmQ56.23 2 其中mh20317 3略 17.图为一水平安置的通风机吸入管 d1=200ml1=10m=0.02。压出管为直径不同的两段 管段串联组成d2=200mm l2=50m =0.02l3=50m , =0.02。空气密度为 =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。 解(1) 4 1 2 1 1 1 8 d d l SP 4 2 2 2 2 2 8 d d l SP 4 3 2 3 3 3 )1(8 d d l SP P S 1P S 2P S 3P S 2 QSp P 解得Pap2500 2铅直安装不会改变总压因为同种气体位压等于零 3PaQSp P 2830 2 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 解并联管路 S Q 1 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 则 1 Q和 2 Q哪个大些阻力 1f h和 2f h哪个大些 解 1S1 2 1 Q =S2 2 2 Q S与 有关 因为 21 SS 故 1 Q 2 Q。 7 2 1f h= 2f h 20.有一简单并联管路如下图总流量=8010-3m3/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 1 d=200mmL1=600m第二支路 2 d=200mmL2=360m。 解Q1:Q2= 2 S: 1 SQ S 1 1 S = gd dL 4 1 2 11 8 =3104.8 s2 /m5 2 S= 52 4 2 2 22 /9 .1862 8 ms gd dL 解得774.0: 21 QQ smQ/1045 33 2 smQ/1035 33 1 2 11 QSHmQS72.3 2 2 21.如上题若使 21 QQ 如何改变第二支路 解 2 d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。 解 3375:1743:2185: 1 : 1 : 1 : 4 5 4 3 5 3 2 5 2 432 432 L d L d L d SSS QQQ A QQQQ 432 52 2 8 .3 4 6msS smQQ A 3 2 18.0 337517432185 2185 mQSH15.11 2 22 并 )( 8 5 5 5 5 1 1 2 51 d L d L g S mQSH13 2 5151 8 mH15.241315.11 23.管段 1 的管径为 20mm 管段 2 为 25mm l1为 20m l2为 10m15 21 025.0 流量分配有何变化 解这样 1 Q更小 2 Q更大所以应将管段 1 的 管径改为mm25管段 2 的管径改为mm20两 管流量可接近。 24.已知某枝状管网的 Q1、Q2、Q3若在支管 2 的末端再加一段管子如图中所示。 问 Q1和 Q2、 Q3各有何变化 解 由于总阻抗加大 2 SQH 使总流量 1 Q 减小 由于H不变 3 Q减小所以 2 Q减小 25.三层供水管路各管段的值皆 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 32 QQQ 3211 QQQQQQ 1 2 1 20SQ 2205+S 2 Q+ 2 2 SQ=5+S 2 2 2 32 )(SQQQ 32010+S 2 Q+2S 2 3 Q 联立1 2 3Q14.4610-3m3/s Q22.4110-3 m3/s Q 30.6310-3 m3/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、沿着1=2002=100md1=200md2=100m 的两根管 子流入 L3=720md3=200m 的总管并注入水池水中。求 1当 H=16m1=3=0.022=0.025 时排入 C 中的总流量不计阀门损失 2若要流量减少一半阀门的阻力系数为多少 9 解 1Qc=QA+QB S= gd L 52 8 2 3 2 1CA QSQSH 2 3 2 2CB QSQSH 解得smQC/1025.60 33 (2)当流量减少一半 2 C BAC Q QQQ gd d l S 4 3 2 3 3 3 3 )(8 2 3 2 1CA QSQSH 2 3 2 2CB QSQSH 解得256 28.水平布置的管系A 点的表压强 A p=280kN/m2水流从、直接排入大气AD 管直 径为 0.4m其它各管直径为 0.3m沿程阻力系数 =0.02忽略局部损失确定 Q1Q 2 Q3和表压强 PC 解由题意得 2 2 QS p AB 2 3 QS p AD 2 2 2 Q SQS p AC AB S=29.136 3 .0 20002.08 52 g AD S=342.32 4 .0 20002.08 52 g AC S= 109 3 .0 16002.08 52 g 8 .81 5 .3 12002.08 2 g S 解得smQ/47.0 3 1 smQ/4577.0 3 2 smQ/94.0 3 3 sm Q QQ/692.02348.04577.0 2 3 22 sm Q QQ/174.12348.094.0 2 3 33 smQQQ/866.1 3 321 10 2 2 Q S pC 2 /2 .44mkNpC 29.环状管网流量计算进行二次校正计算。 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hi 1 AB +0.15 59.76 +1.3346 8.897 -0.0014 -0.0014 0.1486 1.3196 BD +0.10 98.21 +0.9821 9.821 -0.0014 0.0986 0.9548 DC -0.01 196.42 -0.0196 1.960 -0.0014 -0.0175 -0.0289 -0.1641 CA -0.15 98.21 -2.2097 14.731 -0.0014 -0.1514 -2.2512 0.0874 35.410 -0.1409 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hi 2 CD +0.01 196.42 +0.0196 1.960 0.0175 +0.0175 +0.0014 0.0289 0.1641 DF +0.04 364.42 +0.5830 14.575 +0.0175 0.0575 1.2049 FE -0.03 911.05