流体力学课后题答案（第5章）.doc

第五章 孔口、管嘴出流及有压管流5.1 解： 5.2 解： （1）孔口流量： 属于小孔口出流，采用流量系数0.62（2）圆柱形外管嘴的流量，采用流量系数0.82： （3）管嘴收缩断面的真空度： 或管嘴收缩断面的真空值：5.3 解：（1）B水箱中无水时，取（2）B水箱中水面高程（3）当A水箱水面压力为2000Pa，B水箱水面压力为0，时5.4 解： 取孔口流量系数，管嘴流量系数恒定出流时，解得：若取孔口流量系数，管嘴流量系数，则，5.5 解：设孔口收缩断面的平均流速为v，t为流体质点由收缩断面到墙顶所经过的时间，则由t相等解得：在不计射流经过小孔口的水头损失时（即流速系数1），所以 5.6 解：设孔口中心距水箱底部的距离为x ，孔口收缩断面的平均流速为v，t为流体质点由收缩断面到射流最远距离所经过的时间，则由t相等解得：在不计射流经过小孔口的水头损失时（即流速系数1），所以： 当射程最远（l=lmax）时：即：，得证。5.7 解法一：按恒定流计算。破孔形成时平底空船的吃水深度： 不计河流水位降低时，船内水位的增高值dh与船外船只的下沉值dh相等，水头z保持不变，为孔口恒定出流： 当灌入船舱的水的体积与船的最大盛水体积相等时，为即将沉船的极限状态，则 属于大孔口出流，采用流量系数0.70t348.62s 若按小孔口计算，取0.62，则t393.60s。解法二：按非恒定流计算。 在微小时段dt内，经船底孔口流入的液体体积为： 在dt时段内，船中进入的液体体积（船中液面上升dh） 对上式积分得：由初始条件求破孔形成时平底空船的吃水深度： 船沉没的时间为：为什么两种算法的结论不一致？因为在解法二中，将孔口出流的作用水头H与船中增加的水深dH搞混了，两者不是一回事，H不变，dH逐渐增加，积分时Q不变，所以，两种方法答案相同。（此问题由土木031班学生夏文敏提出，由土木044班学生唐顺勇解决）5.8 解：先按管嘴算，再复核。此时：在(34)d之间，且，确为管嘴。收缩断面的真空值：或：5.9 解：对容器A及水箱液面列能量方程： 5.10 解：为有压管道淹没出流。（1）先计算通过虹吸管的流量Q：（2）再计算最大允许安装高程hs：最大真空度：5.11 解：（1）求虹吸管的最大流量对11、22断面列能量方程：即：解得：（2）求虹吸管出水口只水库水面的最大高差对11、33断面列能量方程：5.12 解：（1）先求管径取标准直径D=0.50m，管中流速变为（2）再求上下游水位差对倒虹吸管是一些渠中断面11、22列能量方程：5.13 解：为淹没出流，查局部阻力系数表中的折角弯管的采用试算法计算：设，算得相应的：；，算得相应的：；，算得相应的：故取，实际工程中应取标准直径。5.14 解：以管轴为基准面，对11、22列能量方程：全管路的沿程水头损失：再对水箱断面、管道出口断面列能量方程：解得：5.15 解：（1）求管道的流量容器内液面的压强：因，相当于容器内液面抬高2.0408m。作用水头为：为短管淹没出流，依题意，当只计局部水头损失时：局部水头损失系数：，（2）求B点的压强以水池液面为基准面，对BB、水池液面列能量方程：5.16 解：（1）先求水泵的安装高度zs：进水管流速：压水管流速：以水池水面为基准面00，先对00与水泵进口前11列能量方程：（2）求水泵的提水高度Hg：5.17 解：（1）计算Ht对进、出水池液面列能量方程：（2）计算N此题多了一个条件：管径d=150mm。5.18 解：（1）先求出水箱中的水头H以通过管轴线的水平面为基准面，分别以水箱内液面为11、安装测压管的管道断面为22、未安装管嘴前的出口断面为33、出口安装了管嘴后的断面为44断面，对22、33列能量方程：再对11、33列能量方程：（2）再求安装管嘴后的测压管水头在管道出口处加上直径为5cm的管嘴后，管内流速改变为v，管嘴流速为：对11、22列能量方程：5.19 解： （1）求泵的抽水量以吸水池水面11为基准面，建立11与水泵进口断面22之间的能量方程：水池中流速较吸水管流速小很多，忽略其流速水头：或：解得：（2）求河流水面高程以吸水池水面11为基准面，对河流水面33和11列能量方程：或： 河流水面标高50.2 m3.5 m0.7017 m47.4017m5.20 解：（1）求水泵的给水高度选海拔高度0.00为基准面，对A、D池液面11、22列能量方程：（2）校核虹吸管能否正常发生虹吸选取真空度最大的断面33（假设33与C点等高，离管路出口的距离与C点相等），以海拔高度0.00为基准面，对33与D池液面22列能量方程：虹吸能正常发生。5.21 解：首先计算作用水头：查得铸铁管糙率，计算得比阻：5.22 解：今欲使流量增加50，而面积A是不变的，所以只有提高流速50，即：在11和22断面间增设抽水机，其输入的能量水头为Ht，对11和22断面列能量方程：设抽水机的功率为Np，则5.23 解：（1）求管道直径比阻：试算：，可见所需管径在350400mm之间。由于无此规格的工业产品，采用较大者将浪费管材，合理的办法应是采用两段不同直径（350mm、400mm）的管道串联。设的管段长l1，的管段长l2，由：得：5.24 解：对于并联管道：代入谢才公式： 时，时，则：5.25 解：先由谢才公式的推导式分别计算出各管段比阻：由连续性方程得： （1） （2）从并联管道水头损失关系得： （3）连解上述3个方程：得： 当时：说明不合理。当时