式中, ,水的运动粘性系数
,试求水面高差从h=h0=1.2m变
为h=0所需的时间T。
【解】设初始时刻,左、右水箱水位分别为H1和H2,水位差h0=H1-H2=1.2m。某时刻t,左、右水箱的水位分别为h1和h2,水位差h=h1-h2。显然,h是时间的函数h=h(t)。变水位出流问题仍使用定常公式进行计算。对两水箱的液面应用伯努利方程,有
将已知量代入上式,得:
水从左边流向右边,使左水箱水位下降,右水箱水位上升,根据连续性方程,有
将已知数据以及V的表达式代入上式,得
【5-8】如图所示的具有并联、串联管路的虹吸管,已知H=40m, l1=200m,l2=100m,l3=500m,d1=0.2m,d2=0.1m,d3=0.25m, λ1=λ2=0.02,λ3=0.025,求总流量Q。
【解】管1和管2并联,此并联管路又与管3串联,因此
(1)
(3)
由(2)式得
,
代入(3)式得
由式(1)得
将已知数值
代入上式,计算得 ,
,
2)(
【5-9】如图所示,水管直径d=200mm,壁厚δ=6mm,管内水流速度u0=1.2m/s,管壁材料的弹性模量为Es=20×1010Pa,水的体积弹性系数为E=2×109Pa,试求由于水击压强Δp引起的管壁的拉应力ζ。
【解】水击波传播速度c和水击压强Δp:
管内外的压强差必然会产生管壁的拉应力,如图所示。现取单位长度管道,沿管轴线切开,分析图示的管壁的受力平衡。根据曲面静压力公式知,压强Δp作用在图示的曲面上的总压力为Δpd,管壁切面的总拉力为
,因此
一般钢材的许用应力约为[ζ]=30×106Pa,可见水击引起的拉应力差不多到了许用值。
7 气体的一维流动
【6-1】空气气流在两处的参数分别为:
,
,
,
,求熵增。
【解】:
, , ,
又因
所以
注:空气的气体参数为:
,
, ,
【6-2】过热水蒸汽的温度为430℃,压强为5×106Pa,速度为525m/s,求水蒸汽的滞止参数。 : 【解】
所以:
注:水蒸汽的气体参数为:
【6-3】滞止参数为,p0 = 4×105Pa, T0 = 380K的过热蒸汽经收缩喷管流出,出口外部的背压为pe = 1.5×105Pa,出口截面积A=10-4m2,某截面面积为A1=6×10-4m2,试确定这两个截面上的马赫数Ma和Ma1。 【解】:
,
因此出口截面上的气流达临界状态,即:Ma=1。
;
由上三式得到关于Ma1的代数方程,令x=Ma1,则此方程为
用迭代法解:
得到x=0.09775和3.2014(舍去),因此,
,
【6-4】空气从气罐经拉伐尔喷管流入背压为pe=0.981×105Pa的大气中,气罐中的气体压强为p0=7×105Pa,温度为T0=313K,已知拉伐尔喷管喉部的直径为d*=25mm,试求:(1)出口马赫数Ma2;(2)喷管的质量流量;(3)喷管出口