流体力学第5章.doc
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第五章 孔口、管嘴出流及有压管流
5.1 解：
5.2 解：
（1）孔口流量：
∵
∴ 属于小孔口出流，采用流量系数μ＝0.62
（2）圆柱形外管嘴的流量，采用流量系数μ＝0.82：
（3）管嘴收缩断面的真空度：
或管嘴收缩断面的真空值：
5.3 解：
（1）B水箱中无水时，取
（2）B水箱中水面高程
（3）当A水箱水面压力为2000Pa，，B水箱水面压力为0，时
5.4 解：
取孔口流量系数，管嘴流量系数
恒定出流时，
解得：
若取孔口流量系数，管嘴流量系数，
则，
5.5 解：
设孔口收缩断面的平均流速为v，t为流体质点由收缩断面到墙顶所经过的时间，则
由t相等解得：
在不计射流经过小孔口的水头损失时（即流速系数φ＝1），
所以
5.6 解：
设孔口中心距水箱底部的距离为x ，孔口收缩断面的平均流速为v，t为流体质点由收缩断面到射流最远距离所经过的时间，则
由t相等解得：
在不计射流经过小孔口的水头损失时（即流速系数φ＝1），
所以：
当射程最远（l=lmax）时：
即：
，得证。
解法一：按恒定流计算。
破孔形成时平底空船的吃水深度：
不计河流水位降低时，船内水位的增高值dh与船外船只的下沉值dh相等，水头z保持不变，为孔口恒定出流：
当灌入船舱的水的体积与船的最大盛水体积相等时，为即将沉船的极限状态，则
∵
∴ 属于大孔口出流，采用流量系数μ＝0.70
t＝348.62s
若按小孔口计算，取μ＝0.62，则t＝393.60s。
解法二：按非恒定流计算。
在微小时段dt内，经船底孔口流入的液体体积为：
在dt时段内，船中进入的液体体积（船中液面上升dh）
对上式积分得：
由初始条件求破孔形成时平底空船的吃水深度：
船沉没的时间为：
为什么两种算法的结论不一致？因为在解法二中，将孔口出流的作用水头H与船中增加的水深dH搞混了，两者不是一回事，H不变，dH逐渐增加，积分时Q不变，所以，两种方法答案相同。（此问题由土木03－1班学生夏文敏提出，由土木04－4班学生唐顺勇解决）
5.8 解：
先按管嘴算，再复核。
此时：在(3～4)d之间，且，确为管嘴。
收缩断面的真空值：
或：
5.9 解：
对容器A及水箱液面列能量方程：
5.10 解：
为有压管道淹没出流。
（1）先计算通过虹吸管的流量Q：
（2）再计算最大允许安装高程hs：
最大真空度：
5.11 解：
（1）求虹吸管的最大流量
对1－1、2－2断面列能量方程：
即：
解得：
（2）求虹吸管出水口只水库水面的最大高差
对1－1、3－3断面列能量方程：
5.12 解：
（1）先求管径
取标准直径D=0.50m，
管中流速变为
（2）再求上下游水位差
对倒虹吸管是一些渠中断面1－1、2－2列能量方程：
5.13 解：
为淹没出流，
查局部阻力系数表中的折角弯管的
采用试算法计算：
设，算得相应的：；
，算得相应的：；
，算得相应的：
故取，实际工程中应取标准直径。
5.14 解：
以管轴为基准面，对1－1、2－2列能量方程：
全管路的沿程水头损失：
再对水箱断面、管道出口断面列能量方程：
解得：
5.15 解：
（1）求管道的流量
容器内液面的压强：
因，相当于容器内液面抬高2.0408m。
作用水头为：
为短管淹没出流，依题意，当只计局部水头损失时：
局部水头损失系数：，
（2）求B点的压强
以水池液面为基准面，对B－B、水池液面列能量方程：
5.16 解：
（1）先求水泵的安装高度zs：
进水管流速：
压水管流速：
以水池水面为基准面0－0，先对0－0与水泵进口前1－1列能量方程：
（2）求水泵的提水高度Hg：
5.17 解：
（1）计算Ht
对进、出水池液面列能量方程：
（2）计算N
此题多了一个条件：管径d=150mm。
5.18 解：
（1）先求出水箱中的水头H
以通过管轴线的水平面为基准面，分别以水箱内液面为1－1、安装测压管的管道断面为2－2、未安装管嘴前的出口断面为3－3、出口安装了管嘴后的断面为4－4断面，对2－2、3－3列能量方程：
再对1－1、3－3列能量方程：
（2）再求安装管嘴后的测压管水头
在管道出口处加上直径为5cm的管嘴后，管内流速改变为v，管嘴流速为：
对1－1、2－2列能量方程：
5.19 解：
（1）求泵的抽水量
以吸水池水面1－1为基准面，建立1—1与水泵进口断面2－2之间的能量方程：
∵水池中流速较吸水管流速小很多，
∴忽略其流速水头：
或：
解得：
（2）求河流水面高程
以吸水池水面
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