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平面的倾角为45°,如图所示,已知管段d1200mmd2100mm,两断面的间距L2m。若11断面处的流速v12ms,水银差压计读数hp20cm,试判断流动方向,并计算两断面间的水头损失hw和压强差P1P2。
解:不妨设流动方向为断面1至断面2,则立能量方程:
f1
由连续性方程v1A1v2A2得:
v2v1A1A2v1d12d224v18ms
2
在差压计中,等压面33’,P3P3’
P3P1γhhpLsi
45°
P3

P2
γ
php
4
联立34式得:
3
h
γ
P1P2γLsi
45°γpγ1hp
5
将2式和5式代入1式,考虑到Z2Z1Lsi
45°有hwZ1Z2P1P2γv12v222gγpγ1hp15v122g
054m
∵hw0
∴实际流向与假设相反。流体应从22’流到11’。
由(5)式得压强差:
P1P2γLsi
45°γpγhp386kPa答:流体由断面2流向断面1,水头损失hw054m,压强差P1P2386kPa。
例34水由管中铅直流出,求流量及测压计读数。略水头损失。
解:在水管出口11与水流圆盘边缘处22立能量方程,Z10v122gZ20v222g
1Z13m,Z20m;
由连续性方程v1A1v2A2得:v1πd24v2πd0δ
δ21v1
2
代入1式得:
v1415ms;
v2v1A1A2v1d24d0
f流量
Qv1πd24815×103m3s
在水管出口中心A点与盘中心B点立元流能量方程,并用v1代替uA,有:
ZAv122gPBγ
PB3801×103Pa
由静压强分布规律:
γphPBγ×15
测压计读数:
hPBγ×15γp0395m395mm;答:流量Q815×103m3s,测压计读数h395mm。
例35高压管末端的喷嘴如图,出口直径d10cm管段直径D40cm流量Q04m3s,喷嘴和管以法兰盘连接,共用12个螺栓,不计水和管嘴的重量,求每个螺栓受力多少?
解:取喷嘴空间为控制体,水平轴为x轴。v1QπD24318ms;v2Qπd24509ms;
在断面12立能量方程,因流程短,忽略流动损失,P1γv122gv222gP1ρv22v121290kPa
设R为喷嘴对流体的作用力,立x方向的动量方程投影式,RP1×πd24ρQv2v1
解得:R143kN
流体对喷嘴的作用力FR。每个螺栓承受的拉力N为
NF12119kN。答:每个螺栓承受的拉力N为119kN。
例36水流垂直于纸面的宽度为12m,求它对建筑物的水平作用力。
f解:在离建筑物较远的上游渐变流段取断面11和下游渐变流段取断面
22,控制体为12断面之间的空间,水平方向取作x轴。
由连续性方程得:v1×15×12v2×09×12

v2167v1
1
由能量方程得
150v122g090v222g
2
联立12式解得:
v1256msv2167v1428ms断面1总压力:P1P1中点×A1γ×15×15×122132kN断面2总压力:P2P2中点×A2γ×09×09×122476kN设:建筑物对流体的水平作用力为R,立动量方程的x轴r
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