流体力课后习题详解(5)

2019-03-03 22:27

?12取α1?α2?1,已知z1?z2?Hhw?0.52g,

p2?0,得

?p1V22V1220252??mH2O?H??0.5??5??0.5??gρ2g2g2?9.80?9.8????24.77mH2O?2.48at即压力表读数为2048个大气压。

4-4 水轮机的圆锥形尾水管如图示。一直A-A断面的直径

dA?0.6m ,流速VA?6ms,B-B断面的直接

22g?。求(1)当z=5m时A-A断面处的真空度(2)dB?0.9m ,由A到B水头损失hw?0.15?VA当A-A断面处的允许真空度为5m水柱高度时,A-A断面的最高位置解:⑴ 由水流连续性知

zmax

VB?dA???d?B??0.6??V???0.9???6m/s?2.66m/s?A???22

取水面为基准面,

ZB?pB?0,且取?B?1.0,得断面B-B的总能头 g?H0B?pBαBVB22.6672??M?0.363 ?ZB????0???gρ2g2?9.8??断面A-A与B-B之间能量方程可写成

pAαAVA2Z????H0B?hw

gρ2g其中,由A到B水头损失

A A z hw?0.15当z=5m时(取

V6?0.15??0.267m/s 2g2?9.8B 2a2,有 ?A?1.0)

B 1m ?pAαAVA262??m??6.20m?H0B?hw?z???0.363?0.276?5??gρ2g2?9.8???

故A-A断面的真空度为vAh??pA?6.20m g?pA??5m和z=z⑵将

gρzmax?H0B

,得max代入式(a)

A-A断面的最高位置

?αAVA2pA62??hw????0.363?0.276??m?3.802ggρ2?9.8??4-5 水箱中的水从一扩散短管流到大气中,如图示。若直径

d1?100mm 该处绝对压强pabs1?0.5at,而直径

d2?150mm求作用水头H (水头损失可以忽略不计)

解: 基准面0-0,断面1-1、2-2、3-3如图示。在1-1与2-2断面之间用伯诺里方程(取

pabs1V12pabs2V22z1????g?2gg?2g已知z1?z2,由水流连续性,得

pabs1p?5m,abs2?10m

g?g?22?d2?2?150??V1??V???100??V2=2.25V2 ?d????1?代入到伯诺里方程,

225??2.25V?2g2VV4.0632?5?10?或

2g2g22解出流速水头

V22?1.23m

2g列出断面3-3、2-2之间的伯诺里方程

papabs2V22?H?z2??

2gg?2g将

pabs2?pa和z2?0代入得出作用水头

V22H??1.23m

2g4-6一大水箱中的水通过一铅垂管与收缩管嘴流入大气中,如图。直管直径dA=100mm,管嘴出口直径dB=500mm,若不计

水头损失,求直管中A点的相对压强

pA。

解: 断面1-1位于水面上,断面A和断面B分别通过A、B点。列出断面1-1与B

之间的伯诺里方程

p1α1V12pBαBVB2z1???zB???gρ2ggρ2g利用已知条件

Z1?ZB?(4?2?3)m?9mp1?0,pB?0,V1?0且取

?1??B?1.0,得断面B的流速水头

VB2?z1?zB?9m2g22

由连续性,算出断面A的流速和水头

?dBVA???d?A??50?VBVA1?VB????V??V?,?B?100??4?B42g2g????2?1VB9???m?162g16?22写断面1-1与A之间的伯诺里方程

p1?1V12pA?AVA2z1????zA?g?2gg?2g

将下列数据代入该式

z1?zA?2?3?5m,p1?0,va?0

?1??A?1.0,得

?pAVA29???z1?zA???5?m?4.44m , pA1.11H2O

??gρ2g16???a=1.29kg/m3。

且取

4-7离心式通风机用集流器C从大气中吸入空气,如图示。在直径d=200mm的圆截面管道部分接一根玻璃管,管的下端插入水槽中。若玻璃管中的的水面升高H=150mm,求每秒钟所吸取的空气量Q。空气的密度

解: 设圆截面管道的断面平均流速 为V,压强为p.由于距离集流器C较远处大气流速 为

零以,若不计损失,假定集流器中空气密度与外部大气的密度相同,管道断面与远处大气之间的不可压气体的能量方程可写成

p?V2p???g??g??2g

玻璃管液面压强为p,若ρ为水的密度,有静压强关系

p??p??gH

故从能量方程中可解得

V?由此得

2??(p??p)?2g?H???2?9.8?1000?150?103m/s?47.470m/s1.29Q??d24V?47.740???0.224m3/s?1.50m3/s

4-8水平管路的过水流量Q=2.5L/s,如图示。管路收缩段由直径d1=50mm收缩成d2=25mm。相对压强 水头损失可忽略不计。问收缩断面上的水管能将容器内的水吸出多大的高度h? 解:在1与2两断面之间应用伯诺里方程

p1=0.1at,两段面间

p1?1V12p2?2V22z1???z2???g?2gg?2g取

?1??B?1.0,已z1=z2,p1=0.1at知可解出

2.5?10?3V1??m/s?1.273m/s2?32?d1/4??(50?10)/4Q

?d1??50???V2??V??25???V1?4?1.273m/s?2.093m/s?d?1???2?故

22

p2p?1gρgρ1?1.2735.093?V12V22??m??0.241m???0.1?10???2g2g2?9.82?9.8???22依据吸水管的静压强关

p?-p2=gρh系,得出高度

?0?(?0.241)?0.24(m)

h?p?gρ?p2gρ4-9图示矩形断面渠道,宽度B=2.7m。河床某处有一高度0.3m的铅直升坎,升坎上、下游段均为平底。若升坎前的水深为1.8m,过升坎后水面降低0.12m,水头损失hw为尾渠(即图中出口段)流速水头的一半,试求渠道所通过的流量Q。

解: 取断面1-1和2-2如图。依据连续性方程

0.12mm V1A1?V2A2,得

1.0BV1?(1.8?0.3?0.12)BV2

1.8m 升坎

1.8V1?1.38V2

0.3m 写出两断面之间的能量方程

p1V12p2V22V22z1???z2????0.5g?2gg?2g2g

若基准面o-o取在图示升坎前来流的水面上,有

z1?p1p?0,z2?2??0.12m

g?g?代入到能量方程,得

V12V22??0.12?1.52g2g联立求解(a)、(b)两方程,得

V1 =1.231 m/s , V2=1.606m/s

故渠道能过的流量

Q=A1 V1=1.8×2.7×1.231=5.98m3/s

4-10 图示抽水机功率为

P?14.7KW,效率为??75%,将密度?0?900kgm3的油

从油库送入密闭油箱。已知管道直径

d?150mm ,油的流量Q?0.14m3s ,抽水机进口B

h?2.3m油柱高,问此时油箱内A点的压强为

处真空表指示为-3m水柱高,假定自抽水机至油箱的水头损失为多少?

解: 选取面A位于油液面上,断面B位于抽水机进口。写出两面之间有能量输入的能量方程

pBVB2pAVA2zB???Hm?zA????hwB?A

g?02gg?02g为单位重量油体通过抽水机后增加的能理。由水泵轴功率计算公式

其中,

g?QHmP??得

Hm?P0.75?14.7?103???8.929m 油柱

g?Q9.8?900?0.14Q?d2/40.14m/s?7.922m/s

2??0.15/4 由连续性,得

VB??


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