1、1第四章 管路,孔口和管嘴的水力计算4-1（自编）根据造成液体能量损失的流道几何边界的差异，可以将液体机械能的损失分为哪两大类? 各自的定义是什麽? 发生在哪里?答:可分为沿程损失和局部损失两大类。沿程损失指均匀分布在流程中单位重量液体的机械能损失，一般发生在工程中常用的等截面管道和渠道中。局部损失指单位重量液体在流道几何形状发生急剧变化的局部区域中损失的机械能，如在管道的入口、弯头和装阀门处。4-2 粘性流体的两种流动状态是什么？其各自的定义是什么？ 答：粘性流体的流动分为层流及紊乱两种状态。层流状态指的是粘性流体的所有流体质点处于作定向有规则的运动状态，紊流状态指的是粘性流体的所有流体质点
2、处于作不定向无规则的混杂的运动状态。4-3 流态的判断标准是什么？ 解：流态的判断标准是雷诺数 Re。由于实际有扰动存在，故一般以下临界雷诺数 Re 作为c层紊流流态的判断标准，即 Re2320，管中流态为紊流.。4-4 某管道直径 d=50mm，通过温度为 10的中等燃料油，其运动粘度。试求：保持层流状态的最大流量 。sm2610.5 Q解：由 Re 有 = =（23205.06 ）/0.05=0.235m/s，故有 Q=A dvRe610v= 0.050.050.235/4= 。sm346.4-5(自编) 一等径圆管内径 d=100mm，流通运动粘度 =1.30610 -6m2/s 的水，
3、求管中保持层流流态的最大流量 。Q解：由 ，有 vdRe sd/03.1.0236.Re此即圆管中能保持层流状态的最大平均速度，对应的最大流量 Q 为 smvAQ/1.24/1.03344-6 利用毛细管测定油液粘度，已知毛细管直径 d=4.0mm，长度 L=0.5m，流量 Q=1.0cm3/s时，测压管落差 h=15cm。管中作层流动，求油液的运动粘度。2dhLQ解：管内平均流速为 smdQv /07958.)4/.0/()1/)4/( 232 园管沿程损失 hf为 0.15m.园管沿程损失 hf可以用达西公式表示： ,对层流, , 有gvdlhf2Re/6, 但 , 从而 , 代入已知量,
4、 可得到fgdlv264RevdRelvhf64sm/1085.24-7 管径 d=5cm，管长 L=6m 的水平管中有比重为 0.9 油液流动，水银差压计读数为h=14.2cm，三分钟内流出的油液重量为 5000 牛顿。管中作层流流动，求油液的运动粘度。( 水银 =133280N/m3) 解: 管内平均流速为 h L d 3smdQv /604.1)/5.0/(18)9.0/(5)4/( 22 园管沿程损失 hf为 水银 油 =0.142(13.6/0.9-1)=2.004m园管沿程损失 hf可以用达西公式表示： ,对层流, , 有gvdlhf2Re/64, 但 , 从而 , 代入已知量,
5、可得到fgdlv264RevdRelvf64sm/10597.244-8 比重为 0.85，动力粘度为 g Pas 的润滑油，在 d=3cm 的管道中流动。每米长管道的压强降落为 ，g 为重力加速度。管中作层流流动，求雷诺数。Pa4105.解: 润滑油的运动粘度 , 园管损失为 1.765m, 园管沿程损失 hf可410529./以用达西公式表示： ,对层流, , 有 , 但 , gvdlhfRe/6fgdlv264vdRe从而平均速度 , 代入已知量(这里 , 可得到 , 从而lvf642)1mlsmv/1875.73.109Re4-9（新书后题 4-8)水从直径 d，长 L 的铅垂管路流入
6、大气中，水箱中液面高度为 h，管路局部阻力可忽略 沿程阻力系数为 。（1）求管路起始断面 A 处压强。（2）h 等于多少时，可使 A 点的压强等于大气压。4解：（1） 设 A 断面上的压强为 ，对液面及 A 断面列伯努力方程：Ap即 phgv2对 A 断面稍后和管出口断面稍前列伯努力方程并将上式代入：gvdLgvpA22由此可得： 1dLhpA（2） A 处压强为大气压，即表压强为零。由上式可得： 0h即 时，A 断面处表压强为零。d4-10 水管直径 10mm，管中水的流速 v=0.2m/s，其运动粘度 。判sm261038.断其流态。管径改为mm 时流态又如何? 解: , 现 d=0.01
7、m, =0.2m/s, 代入后有 vdRevsm261038.Re流动为层流同理可求 d 时 流动为湍流mRe4-10（新书后题 4-10) 从相对压强 pm=5.4910 Pa 的水管处接出一个橡皮管，长5L=18m，直径 d=1.2cm，橡皮管的沿程阻力系数 =0.024，在橡皮管靠始端接一阀门，阀门的局部阻力系数 =7.5，求出口速度。P0dL解: 列橡皮管进, 出口两端伯努力方程： gvdpm2)(5dLpvm2 sm024.5)1.8024.57(1954-11（新书后题 4-11) 长管输送液体只计沿程损失，当 H，L 一定，沿程损失为 H/3 时管路输送功率为最大，已知 H=12
8、7.4m, L=500m, 管路末端可用水头 h=2H/3，管路末端可用功率为 1000Kw, =0.024,求管路的输送流量与管路直径。H L hh f解：管路输送功率为： HQhNf32)( 输送流量 smQ32.1478.91023沿程损失 5222 63 dgQldglvdlHhf 03.4.178.92016321625 glQd=0.507m4-12 水平管路直径由 d =24cm 突然扩大为 d =48cm，在突然扩大的前后各安装一测压管，12读得局部阻力后的测压管比局部阻力前的测压管水柱高出 h=1cm。求管中的流量 Q。d1hQ d2解：对突然扩大前后断面列伯努利方程式，则：
9、6fhgvp221 )(1)2(212212212 vgvvghf 由连续方程，21dv将 代入，41221)(dv则， ghdv1)(2所以， 422Q sm/0327.14.89.04)(221 4-13 水平突然缩小管路的 d =15cm，d =10cm，水的流量 。用水银测压计12 in3Q测得 hcm。求突然缩小的水头损失。Q d1 d2h解:对突然缩小前后断面列伯努利方程式，则 ： j221hgvp，)(2h211j 由测压计知，7hp6.12)(21 水 水水 银水 smdQv/24.1.0648.5.21所以， 水 柱mhf 271.0).86.(98. 4-14 两水箱之间用
10、三根不同直径相同长度的水平管道 1，2，3 相连接。已知d =10cm，d =20cm，d =30cm， =0.1 / ，三管沿程阻力系数相等，求 q ，q 。1231q3s 23解: 并联管路的水力损失相等, 而 , 在三管 相等且等长的条件下, 有gvdLhf2或,3212dv532512qd由此可得 smqd/6.01)2()( 3/51/52/.)3()( 32/512/534-15 用等直径直管输送液体，如果流量，管长，液体粘性均不变，将管道直径减小一半，求在层流状态下压强损失比原来增大多少倍。解：对层流 gvdLgvhf 21Re642 42)/(1)/(64)/()/( dCqg
11、dLv 由此可知, 将管道直径减小一半时, 压强损失比原来增大 16 倍。4-16 在湍流园管水力损失计算时, 可将湍流流动分为哪几个区? 各区的 与相对粗糙度及雷诺数关系如何?8答: 可将湍流流动分为: 1.湍流水力光滑区, 此时 只与雷诺数 有关, 2. 湍流水力过渡区, 此时 与雷诺数及相对粗糙度均有关系, 3. 湍流水力粗糙区, 此时 只与相对粗糙度有关. 4-17 在湍流流动中单位重量的水在局部障碍处损失的机械能与断面平均速度的关系是什么?答: 实验表明，在湍流流动中单位重量的水在局部障碍处损失的机械能与断面平均速度的平方成正比.4-18 内径 d=0.2m 的钢管输送流量 Q=0.
12、04m3/s，水的运动粘度 ， sm/107.26当 时， ,求单位重量的水流经 1000m 管7/8)(9.26Re40d237.0Re1.道的沿程水力损失.解：首先确定管流的 Re。数smAQv/27.10/4./534.1Re6d现 (455445)，7/8)(92640 0148.Re2.0.370从而单位重量的水流经 1000m 管道的沿程水力损失为： mgvdlhf 9.682.1.014.2 4-19 长度 L=1000m，内经 d=200mm 的普通镀锌钢管，用来输送运动粘度的重油，已经测得其流量 。求沿程损失为多少当sm24035. q3sRe100000 时，= ，当 10
13、0000Re3000000 时，=0.0032+ 。25.0Re3164 237.0Re1解: 园管平均速度 , 流动的 , smdqv/9)/(685Revd, 0348.e/3164.025.gvLhf 7.124-20 比重 0.85, 的油在粗糙度mm 的无缝钢管中流动，管径s/1.2d=30cm，流量 q=0.1m3/s, 求沿程阻力系数 。当 Re4000 时，使用光滑管78)(9.26d紊流区公式： 。 ）237.0Re.解: 园管平均速度 , 流动的 , ： smdqv/41.)/( 395Revd, 从而723908)(98.26d 0218.2.03237.o94-21 一
14、输水管直径 d=250mm，管长 L=200m，管壁的切应力 ，求在mm2/46mN长管上的水头损失及在圆管中心和 r=100mm 处的切应力。 （ ）Lpr解: 由 有 在园管中心 r=0, Lpr2 aR2.175.0/462./切应力 在 r=100mm 处, 切应力 apLpr8.36.0水头损失 mphf 152.04-22 串联管路的流动特点是什么?答：串联管路的流动特点是:各管路的流量相等，单位重量的水产生的全部水力损失等于各管道中水力损失之和.4-23 并联管路的流动特征是什么?答: 并联管路的流动特征是:管路总流量等于各分路流量之和，单位重量的水流过各分路的水力损失相等。4-
15、23 （)证明圆管层流通过断面的流速 ，其中 L 为管长，R 为管道半径，）（ 24rRLpv为压差， 为动力粘度。p证明: 设密度为常数 ，动力粘性系数为常数 的不可压缩液体在一半径为R的水平放置等截面圆管中作定常层流运动。在圆管内取一半径为r，长度为l的圆柱形液体块，圆柱轴心线与管道轴心线重合。这里假设水流方向由左向右，如图。lr坐标轴与管子轴心线重合，正向同流向。圆柱体液体所受质量力或重力方向铅垂向下，在坐标轴上投影为0。设圆柱体液体块左端面上各点压强为 ,从而上游液体作用于圆柱体1p左端面压力大小为 ,方向向右，同样，作用于这一讨论液体块右端面上压力为21rp，这里 是柱体右端面上各点
16、的压强，沿坐标轴负向。这里P 1P2 .设圆柱表面切2rp2应力为 ，圆柱体表面上所受到的总摩擦力坐标轴上投影为 。 rl10讨论液体块并无加速度，因而作用于讨论圆柱体的全部外力构成一平衡力系，即02)(21rlp由牛顿内摩擦定律，上式中 ，这里出现负号是因为假定大半径处流速较慢，drv是负的，加负号后所得正值才代表了切应力的大小。将这一表达式代入上式，得到dvrlprlp2)(21式中 ，是一正常数。1积分得到 Clprv42管壁上粘性液体运动速度为 0，即 r=R 时 v=0，由此得到, 所以2Rl)(42rlpv4-24 减少水击压力的措施是什么答延长阀门关闭时间 ，减少管路设计长度 L，将有利于减小水击引起的压强增加值。在st管道中设置调压井或蓄能器有利于改变水击过程，降低水击压强。在管道在中设置水击消除器，这是一个具有一定泄水能力的安全阀，系统压强增大时，这一阀门打开，放走一部分高压水，从而保护管路系统。4-25 什么叫孔口出流及管嘴出流？其共同特点是什么?答: 在盛有液体的容器的底部或侧壁开一孔口，液体从孔口流出，得到孔口出流；在孔口处装一长度为 4 倍孔口直径的短管，得到管嘴出流。孔口出流与管嘴出流有一共同特点，即水流流出孔口或管嘴时局部损失起主导作用，沿程损失可以略去不计。
