《流体力学》徐正坦主编课后答案第五章

1、第五章习题简答5-1有一薄壁圆形孔口，直径d= 10mm，水头h为2m。现测得射流收缩断面的直径dc为8mm，在32.8s时间内，经孔口流出的水量为0.01m3，试求该孔口的收缩系数，流量系数，流速系数及孔口局部损失系数。解: 5-2薄壁孔口出流，直径d=2cm，水箱水位恒定h=2m，试求：（1）孔口流量q；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量qn；（3）管嘴收缩断面的真空高度。题5-2图解：（1）孔口出流流量为（2）（3）真空高度：5-3 水箱用隔板分为a、b两室，隔板上开一孔口，其直径d1=4cm，在b室底部装有圆柱形外管嘴，其直径d2=3cm。已知h=3m，h3=0.5m试求：（1）h 1，

2、h 2；（2）流出水箱的流量q。 题5-3图解：隔板孔口的流量 圆柱形外管嘴的流量 由题意可得q1=q2，则解得 5-4 有一平底空船，其船底面积为8m2，船舷高h为0.5m，船自重g为9.8kn。现船底破一直径10cm的圆孔，水自圆孔漏入船中，试问经过多少时间后船将沉没。题5-4图解：在船沉没的过程中存在（浮力定律）得 船沉没过程中水自圆孔漏入的流量是不变的。另外，当h2=0时，h1=0.125，则5-5游泳池长25m，宽10m，水深1.5m，池底设有直径10cm的放水孔直通排水地沟，试求放净池水所需的时间。解：设孔口在某时间t的作用水头为h，dt时间内经孔口流出的水的体积又dt时间内游泳池

3、水面下降dh，则体积减少为dv=-dh由连续方程可得5-6 油槽车的油槽长度为l，直径为d，油槽底部设有卸油孔，孔口面积为a，流量系数为，试求该车充满油后所需卸空时间。题5-6图解：在某时间t时，油槽中油面高度为h,dt时间内经孔口泄出的油的体积为又dt时间内游泳池水面下降dh，则体积减少为由连续方程可得 即 5-8 虹吸管将a池中的水输入b池，已知长度l 1=3m，l 2=5m直径d=75mm，两池水面高差h=2m， 最大超高h=1.8m，沿程阻力系数=0.02，局部损失系数：进口a=0.5，转弯b=0.2，出口c= 1.0，试求流量及管道最大超高断面的真空度。题5-8图解：这是简单短管道水

4、力计算，应用公式有:取断面0-0、1-1伯努利方程又 5-9 如图所示，用水泵自吸水井向高位水箱供水。已知吸水井水面高程为155.0m，水泵轴线的高程为159.6m，高位水箱水面高程为179.5m，水泵的设计流量为0.034m3/s，水泵吸、压水管均采用铸铁管，其长度分别为8m和50m，吸水管进口带底阀滤网的局部阻力系数1=5.2 ，管路中三个弯头的局部阻力系数均为2=0.2，水泵出口断面逆止阀和闸阀的局部阻力系数分别为3=6.5和4=0.1，水泵进口断面的允许真空度h v=6.0mh2o。试确定：（1）水泵吸、压水管直径d吸和d压；（2）校核水泵进口断面的真空度是否满足允许值；（3）若该水泵

5、能够正常工作，其扬程h为多少？（4）绘制水泵管路系统的测压管水头线和总水头线。（ 经济流速；吸水管路v允许=1.2m/s、压水管路v压=2m/s ）题5-9图解：（1）吸水管路v允许=1.2m/s 取d吸=200mm压水管路v压=2m/s 取d压=150mm（2） 列0-0、1-1截面的伯努利方程；又 所以水泵进口断面的真空度是满足允许值（3） (4) 5-10 风动工具的送风系统由空气压缩机、贮气筒、管道等组成，已知管道总长l=100m，直径d=75mm，沿程阻力系数=0.045，各项局部水头损失系数之和=4.4，压缩空气密度=7.86kg/m3，风动工具要风压650kpa，风量0.088m

6、3/s，试求贮气筒的工作压强。题5-10图解： 5-11 水从密闭容器a，沿直径d=25mm，长l=10m的管道流入容器b，已知容器a水面的相对压强p1=2at，水面高h 1=1m，h2 =5m，沿程阻力系数=0.025，局部损失系数：阀门v=4.0，弯头b=0.3，试求流量。题5-11图解：列两液面的伯努力方程其中，代入上式得5-12 由水塔向水车供水，水车由一直径d=150mm，长l=80m的管道供水，该管道中共有两个闸阀和4个90弯头（= 0.03，闸阀全开a=0.12，弯头b=0.48）。已知水车的有效容积v为25m3，水塔具有水头h=18m，试求水车充满水所需的最短时间。题5-12图

7、解：列水塔液面及管道出流断面的伯努利方程5-13 自闭容器经两段串联管道输水，已知压力表读值p m =1at，水头h=2m，管长l 1 =10m，l 2 =20m，直径d 1 =100mm，d 2 =200mm，沿程阻力系数1=2=0.03，试求流量并绘总水头线和测压管水头线。题5-13图解：可将本题看成简单长管串联的水力计算，不计流速水头和局部水头损失。则作用水头由于不计流速水头和局部水头损失，故其总水头线是与测压管水头线重合，并且坡度沿流程不变的直线。具体结果如下图所示。5-15 储气箱中的煤气经管道abc流入大气中，已知测压管读值h为10mmh2o，断面标高za=0、z b =10m、z

8、 c=5m，管道直径d=100mm，长度l ab=20m，l bc=10m ，沿程阻力系数=0.03，管道进口e=0.6和转弯的局部阻力系数b=0.4 煤气密度=0.6kg/m3，空气密度=1.2kg/m3，试求流量。题5-15图解：列1-1、2-2断面的伯努利方程 5-16 水从密闭水箱沿垂直管道送入高位水池中，已知管道直径d=25mm，管长l=3m，水深h=0.5m，流量q=1.5l/s，沿程阻力系数=0.033，阀门的局部阻力系数v =9.3，试求密闭容器上压力表读值 p m，并绘总水头线和测压管水头线。题5-16 图解：管道的沿程损失及局部损失列上，下两液面的伯努利方程5-17 并联管

9、道，总流量q=25l/s，其中一根管长l 1=50m，直径d 1 =100mm，沿程阻力系数=0.03，阀门的局部阻力系数=3，另一根管长l 2=30m，直径d 2 =50mm，沿程阻力系数=0.04，试求各管段的流量及并联管道的水头损失。题5-17图解：l1与l2并联水头损失：5-18 在长为2l，直径为d的管道上，并联一根直径相同，长为l的支管，若水头h不变，不计局部损失，试求并联支管前后的流量比。题5-18图解：本题属简单管道的水力计算。并联前：并联后：又有5-19 有一泵循环管道，各支管阀门全开时，支管流量分别为q 1、q2，若将阀门a开度关小，其它条件不变，试论证主管流量q怎样变化，

10、支管流量q 1、q 2怎样变化。题5-19图解：水泵扬程h =hf= sq2+s2q22当阀门a开度关小时，很显然q1减小。若q2不变或减小，则q=q1+q2也减小，另外s、s2是不变的，所以h = sq2+s2q22也变小，而h为水泵的扬程是不变的，所以两者矛盾，故不成立。所以q2只能增大。而，当q2增大时，q减小。综上所述：q减小，q1减小，q2增大。5-20 应用长度为l的两根管道，从水池a向水池b输水，其中粗管直径为细管直径的两倍d 1 = 2d 2，两管的沿程阻力系数相同，局部阻力不计。试求两管中流量比。题5-20图解： 而h1=h2，所以5-22 水塔经串、并联管道供水，已知供水量

11、0.1m3/s，各段直径d 1=d 4=200mm，d 2 =d3=150mm，各段管长l 1=l 4=100m，l 2=50m ，l 3=200m各管段的沿程阻力系数均为=0.02，局部水头损失不计。试求各并联管段的流量q 2、q 3及水塔水面高度h。 题5-22图解： 5-23 如图所示铸铁管供水系统，已知水塔处的地面标高为104m，用水点d处的地面标高为100m，流量q=15l/s，要求的自由水头hz = 8mh2o，均匀泄流管段4的单位长度途泄流量q cd = 0.1l/s.m，节点b处分出的流量q b =40l/s，各管段直径d 1=d 2 =150mm，d 3=300mm，d 4=

12、200mm，管长l 1=350m，l 2 =700m，l 3 =500m，l 4 =300m，试求水塔水面高度h0。题5-23图 解：，比阻不需修正。h0=a3l3q32+ k2a2l2q22+ k4a4l4(qd+0.55qc d) 2+hz-h各管段的比阻由表5-5查得，代入上式 h0=1.0255000.0852+1.0241.857000.018642+1.039.0293000.03152+8-4=20.8m5-24 通风机向水平风道系统送风，已知干管直径d 1=300mm，长度l 1=30m，末端接两支管，其中一直径d 2=150mm，长度l 2 =20m；另一支管是截面为0.15

13、0.2m的矩形管，长度l 3 =15m，通风机送风量q =0.5m3/s，各管段沿程阻力系数均为=0.04，空气密度=1.29kg/m3，忽略局部阻力，试求通风机的风压。题5-24图解：本题属简单长管道的水力计算，不计流速水头和局部水头损失。；，s2q22s3q32，取s2q225-25 工厂供水系统，由水泵向a、b、c三处供水，管道均为铸铁管，已知流量qc=10l/s，q b =5l/s，q a = 10l/s，各管段长l 1=350m，l 2 = 450m，l 3 =100m，各段直径d 1=200mm，d 2 =150mm，d 3 =100mm，整个场地水平，试求水泵出口压强。 题5-25图