水力学习题评讲5.ppt

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1、，5.l 水从水从A箱通过直径为箱通过直径为10cm的薄壁孔口流入的薄壁孔口流入B水箱，流量水箱，流量系数为系数为0.62，设上游水箱中水面高程，设上游水箱中水面高程H1=3m保持不变。试保持不变。试分别求：（分别求：（1 1）A水箱敞开，水箱敞开，B水箱中无水时；（水箱中无水时；（2 2）A水箱水箱敞开，敞开，B水箱中的水深水箱中的水深H2=2m时；（时；（3 3）A水箱水面压强为水箱水面压强为2kpa时，通过孔口的流量。时，通过孔口的流量。解：（解：（1 1）此情况为薄壁孔口的）此情况为薄壁孔口的自由出流，若自由出流，若v1为孔口前的渐变为孔口前的渐变流断面平均流速，取流断面平均流速，取v

2、1=0，则，则，则：作用水头，则：作用水头，（2 2）此种属于薄壁孔口的恒定淹没出流，）此种属于薄壁孔口的恒定淹没出流，下游的渐变流过水断面下游的渐变流过水断面1-1、2-2的断面平均流速，依题意取，的断面平均流速，依题意取，分别为上游分别为上游,（3 3）以孔口型心所在水平面为基准面，）以孔口型心所在水平面为基准面，选择渐变流过水断面选择渐变流过水断面1-1、2-2，写写1-2的伯诺里方程，的伯诺里方程，5.3 有一直径有一直径 的圆形锐缘薄壁孔口，其中心在上游的圆形锐缘薄壁孔口，其中心在上游水面下的深度水面下的深度 ，孔口前的来流流速，孔口前的来流流速 ，孔口出流为全部完善收缩的自由出流，

3、求孔口出流量孔口出流为全部完善收缩的自由出流，求孔口出流量Q。，作用水头，作用水头解：对薄壁小孔口的全部完善收缩的自由出流有：解：对薄壁小孔口的全部完善收缩的自由出流有：流量系数流量系数5.6 两敞口水箱用一直径为两敞口水箱用一直径为d1=40mm的薄壁孔口连通，如图的薄壁孔口连通，如图所示。右侧水箱的底部接一直径为所示。右侧水箱的底部接一直径为d2=30mm的圆柱形管嘴，的圆柱形管嘴，长长l=0.1m，孔口的上游水深，孔口的上游水深H1=3m，水流保持恒定，求管嘴，水流保持恒定，求管嘴流量流量Q2和下游水深和下游水深H2。，解：孔口出流和管嘴出流的流量系数分别为：解：孔口出流和管嘴出流的流量

4、系数分别为：孔口出流和管嘴出流的流量公式：孔口出流和管嘴出流的流量公式：其中其中连续性方程连续性方程则有则有代入数据解得：代入数据解得：5.13 圆形有压涵管如图所示，管长圆形有压涵管如图所示，管长 。上、下游水位差。上、下游水位差H=3m，各项阻力系数：沿程，各项阻力系数：沿程 ，进口，进口，弯头，弯头，出口，出口。试求当涵管通过流量为。试求当涵管通过流量为时，有压涵管的管径。时，有压涵管的管径。解：以解：以2-2断面为基准面，写出断面为基准面，写出1-1，2-2之间的液体的伯诺里之间的液体的伯诺里方程，方程，5.12 虹吸管将河道中的水引入水池，如图所示。钢管总长为虹吸管将河道中的水引入水

5、池，如图所示。钢管总长为30m，直径，直径d=400mm设每一弯头的局部阻力系数为设每一弯头的局部阻力系数为,又又.求管中流量和最大真空值。求管中流量和最大真空值。解：本题属淹没出流。以下游液面解：本题属淹没出流。以下游液面2-2为为基准，作用水头基准，作用水头 流速系数可直接代公式流速系数可直接代公式 故流量故流量 由式看出由式看出3-3断面为真空。其真空度为断面为真空。其真空度为 从而可得真空值：从而可得真空值：Pv=P3=47.67 kPa.又任取断面又任取断面3-3，写，写13能量方程（以能量方程（以1-1断面为基准面）断面为基准面）5.15 用虹吸管自钻井输水至集水井如图所示。虹吸管

6、长用虹吸管自钻井输水至集水井如图所示。虹吸管长，直径，直径，钻井与集水井间的，钻井与集水井间的。试求虹吸管的流量。试求虹吸管的流量。恒定水位高差恒定水位高差已知选用钢管已知选用钢管管道进口、弯头及出口的局部管道进口、弯头及出口的局部，阻力系数分别为阻力系数分别为解：解：以以2-2断面为基准面，写出断面为基准面，写出1-1、2-2间液体的伯努力方程：间液体的伯努力方程：，各处局部阻力系数，各处局部阻力系数沿程阻力系数沿程阻力系数=0.023。求：水泵的扬程求：水泵的扬程及有效功率及有效功率518 水泵抽水系统如图所示，流量水泵抽水系统如图所示，流量 ，管径，管径均为均为d=200mm,解：解：以

7、水池水面为基准面以水池水面为基准面0-0，列断面，列断面0-0至水箱断面至水箱断面2-2列能量方程，列能量方程，因为因为 管中流速管中流速 扬程扬程 有效功率有效功率 解：以解：以1-1断面为基准面写出断面为基准面写出1-1与与2-2之间液体的伯诺里方程：之间液体的伯诺里方程：。吸水管长。吸水管长。压水管长。压水管长。水泵提水高度。水泵提水高度6m。试确定水泵的允许安装高度。试确定水泵的允许安装高度5.19 从水池取水，离心泵管路系统布置如题从水池取水，离心泵管路系统布置如题5.19图。水泵流量图。水泵流量，水泵最大真空度不超过，水泵最大真空度不超过并计算水泵的扬程并计算水泵的扬程H。5.20

8、 用离心泵将湖水抽到水池，流量用离心泵将湖水抽到水池，流量Q=0.2m3/s，湖面标高，湖面标高1=85.0m，水池水面标高，水池水面标高3=105.0m，吸水管长，吸水管长l1=10m，水泵的允，水泵的允许真空值为许真空值为4.5m，吸水管底阀局部水头损失系数，吸水管底阀局部水头损失系数e=2.5，90弯头弯头局部阻力系数局部阻力系数w=0.3，水泵入口前的渐变收缩段局部阻水系数，水泵入口前的渐变收缩段局部阻水系数=0.1，吸水管沿程阻力系数，吸水管沿程阻力系数=0.022，压力管道采用铸铁管，其，压力管道采用铸铁管，其直径直径d2=400mm，长度，长度l2=1000m，n=0.013，试

9、确定：，试确定：(1)吸水管吸水管的直径的直径d1；(2)水泵的安装高程水泵的安装高程2；(3)带动水泵的动力机械功带动水泵的动力机械功率。率。解：解：(1)吸水管的直径吸水管的直径采用经济流速采用经济流速选标准管径选标准管径(2)水泵的安装高程水泵的安装高程 安装高程是以水泵的允许真空值来控制的，令水泵轴中心安装高程是以水泵的允许真空值来控制的，令水泵轴中心线距湖面高差为线距湖面高差为hs，则，则2=1+hs，其中其中hs可按下式计算：可按下式计算：(3)带动水泵的动力机械功率：带动水泵的动力机械功率：式中：式中：z z为提水高度为提水高度 为吸水管及压水管道中水头损失之和，吸水管按短管计为

10、吸水管及压水管道中水头损失之和，吸水管按短管计算，压水管按长管计算。算，压水管按长管计算。（1）求）求水泵轴中心高程水泵轴中心高程所以总的水头损失为所以总的水头损失为 取取则动力机械功率为则动力机械功率为 （2）求）求压水管的流量模数：压水管的流量模数：若将压水管按短管计算若将压水管按短管计算则则 为为（9.175m）5.21 水池水池A和和B的水位保持不变，用一直径变化的管道系统的水位保持不变，用一直径变化的管道系统相连接，图所示。管道直径相连接，图所示。管道直径d1=150mm，d2=225mm，管长，管长l1=6m，l2=15m，两水池水面高差为，两水池水面高差为6m，两管道沿程阻力系，

11、两管道沿程阻力系数数0.04，试求通过管道的流量？并绘制总水头线及测压，试求通过管道的流量？并绘制总水头线及测压管水头线。管水头线。解：求解：求Q，设管径为设管径为d1的的管道断面平均流速为管道断面平均流速为v1，管径为管径为d2的管道断面平均的管道断面平均流速为流速为v2选渐变流过水断面选渐变流过水断面1-1、2-2，并取，并取2-2断面为基准面断面为基准面0-0，写，写1-2的伯诺里方程：的伯诺里方程：(二二)绘制总水头线及测压管水头线：流速水头，绘制总水头线及测压管水头线：流速水头，局部水头损失，局部水头损失，沿程水头损失，沿程水头损失，5.23 一水泵向图示水平串联管路的一水泵向图示水

12、平串联管路的B、C、D三处供水。三处供水。D点要求自由水头点要求自由水头hz=10m，已知：流量，已知：流量 ；管径；管径d1=200mm，d2=150mm，d3=100mm，管长，管长l1=500m，l2=400m，l3=300m，试求：水泵出口试求：水泵出口A点的压强水头点的压强水头解解:采用舍维列夫公式采用舍维列夫公式故比阻抗需要修正，查表得：故比阻抗需要修正，查表得：5.24 所示串联供水管路，各段管道尺寸见表，管道为正常铸铁所示串联供水管路，各段管道尺寸见表，管道为正常铸铁管，管，n=0.0125。试求水塔高度。试求水塔高度H。管道123d/mm300200100l/m1501005

13、0Q/(m3s-1)0.160.080.03V(m/s)2.2642.553.82S1.0259.029365.3S l153.75902.918265hf(m)3.9365.77916.439水塔高度为水塔高度为 二）按水力坡度法计算二）按水力坡度法计算由由n=0.0125查表查表5-4得得 管道1234d/mm150100200150l/m300400500500Q/（m3s-1）0.0150.010解：查表解：查表5.3得到管径相应比阻，得到管径相应比阻，依题意有：依题意有：5.25 水塔供水管路上有并联管路水塔供水管路上有并联管路1及及2，如图所示。铸铁管，如图所示。铸铁管输水，在输水

14、，在C点的自由水头点的自由水头，在，在B点有点有的流量分出，其余已知数据见下表，试决定并联管路的流量的流量分出，其余已知数据见下表，试决定并联管路的流量分配并求所需水塔高度。分配并求所需水塔高度。依长管计算，（一）依长管计算，（一）1 1、2 2两管的流量分配，两管的流量分配，1 1）计算）计算2 2）求）求3 3）检验（）检验（1 1）流量）流量需要修正。查表需要修正。查表5.4，利用线性插值可以求得，利用线性插值可以求得（2 2）流速）流速则：则：以修正后的比阻重新计算：以修正后的比阻重新计算：1 1）检验）检验“3 3”管及管及“4 4”管流速：管流速：需要修正比阻需要修正比阻（二）求水

15、塔高（二）求水塔高H因为因为查表查表5.4，利用线性插值，利用线性插值，5.26 在长为在长为2l，直径为，直径为d的管路上，并联一根直径相同，长为的管路上，并联一根直径相同，长为l的支管的支管(如图中虚线所示如图中虚线所示)。若水头。若水头H不变，求加并联管前后的流不变，求加并联管前后的流量比值量比值(不计局部水头损失不计局部水头损失)。解：解：1 1.加并联管前，按简单管的计算公式加并联管前，按简单管的计算公式 式中式中Q0为并管前流量，所以为并管前流量，所以 2.加并联管后，有加并联管后，有 所以各管阻抗相同所以各管阻抗相同有有由于由于两管并联，可看成一简单管道，其等效阻抗为两管并联，可

16、看成一简单管道，其等效阻抗为由于由于 与与 串联，有串联，有式中式中为并管后流量，为并管后流量，并管前后流量并管前后流量 与与 之比为之比为 即并管后流量增大即并管后流量增大26.5%26.5%。补例：如图所示一管路系统，流体流向补例：如图所示一管路系统，流体流向D点，点，D点要求自由水头点要求自由水头hZ=5m，各管段均在同一水平面，尺寸为：，各管段均在同一水平面，尺寸为：，各管段比阻分别为：，各管段比阻分别为：，流过，流过1管段的流量管段的流量。试确定。试确定2 2、3 3、4 4、5 5各管段的流量，并求出泵出口处各管段的流量，并求出泵出口处E E点的压强点的压强水头水头 ，解：解：AC并联段：并联段：Q2=Q3；Q1=Q2+Q4解得：解得：