典 型 例 题(7)

2018-12-21 12:00

式中,V是平均速度;r0是管道半径。由此式可得到壁面的切应力为

由流量Q和管径d算得管流平均速度,代入上式可算出τ0:

【5-2】明渠水流的速度分布可用水力粗糙公式表示,即

式中,y坐标由渠底壁面起算。设水深为H,试求水流中的点速度等于截面平均速度的点的深度h。 【解】:

利用分部积分法和罗彼塔法则,得

平均速度为

当点速度恰好等于平均速度时,

可见,点速度等于平均速度的位置距底面的距离为y=0.3679H,距水面的深度为h=0.6321H。

【5-3】一条输水管长l=1000m,管径d=0.3m,设计流量Q=0.055m3/s,水的运动粘性系数为ν=10-6m2/s,如果要求此管段的沿程水头损失为hf=3m,试问应选择相对粗糙度Δ/d为多少的管道。

【解】由已知数据可以计算管流的雷诺数Re和沿程水头损失系数λ。

由水头损失

算得λ=0.02915。

将数据代入柯列勃洛克公式,有

可以求出λ,

【5-4】如图所示,密度ρ=920kg/m3的油在管中流动。用水银压差计测量长度l=3m的管流的压差,其读数为Δh=90mm。已知管径d=25mm,测得油的流量为Q=4.5×10-4m3/s,试求油的运动粘性系数。

【解】:

式中,ρˊ=13600 kg/m3是水银密度;ρ是油的密度。代入数据,算得hf=1.2404m。

算得λ=0.2412。设管流为层流,λ=64/Re,因此

可见油的流动状态确为层流。因此

【5-5】不同管径的两管道的连接处出现截面突然扩大。管道1的管径d1=0.2m,管道2的管径d1=0.3m。为了测量管2的沿程水头损失系数λ以及截面突然扩大的局部水头损失系数ξ,在突扩处前面装一个测压管,在其它地方再装两测压管,如图所示。已知l1=1.2m,l2=3m,测压管水柱高度h1=80mm,h2=162mm,h3=152mm,水流量Q=0.06m3/s,试求λ和ξ。

【解】在长l2的管段内,没有局部水头损失,只有沿程水头损失,因此

将数据代入上式,可得λ=0.02722。

在长l1的管段内,既有局部水头损失,也有沿程水头损失,列出截面1和2的伯努利方程:

, 因此

V1=Q/A1=1.91m/s,代入其它数据,有

【5-6】水塔的水通过一条串连管路流出,要求输水量Q=0.028 m3/s,如图所示。各管的管径和长度分别为:d1=0.2m, l1=600m,d2=0.15m,l2=300m,d3=0.18m,l3=500m,各管的沿程水头损失系数相同,λ=0.03。由于锈蚀,管2出现均匀泄漏,每米长度上的泄漏量为q,总泄漏量为Qt=ql2=0.015m3/s。试求水塔的水位H。

【解】不计局部水头损失,则有

现分别计算各管的沿程水头损失。

对于管道1,其流量应为

于是流速和水头损失分别为

管道2有泄漏,其右端的出口流量也为Q,即Q2=Q=0.028m3/s。其沿程损失

管道3的流速和水头损失为

总的水头损失为

【5-7】如图所示,两个底面直径分别为D1=2m,D2=1.5m的圆柱形水箱用一条长l=8m,管径d=0.1m的管道连通。初始时刻,两水箱水面高差h0=1.2m,在水位差的作用下,水从左水箱流向右水箱。不计局部水头损失,而沿程水头损失系数用光滑管的勃拉休斯公式计算,即


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