流经管路的压头损失自A至B的一段为9m,自B至A的一段为12m。盐水的密度为1100 kg/m,试求
(1)泵的功率,设其效率为0.65;
(2)若A的压力表读数为14.7×104Pa,则B处的压力表读数应为多少帕斯卡(Pa)? 解(1)以管路上任一截面同时作为上下游截面,列伯努利方程得
22p3u3p1u1 gZ1???We?gZ3????hf3
?2?2则 ?Z=0, ?u=0, ?p=0,We=?hf=( Hf1+ Hf2)g=(9+12)g=21g 所以
Ne= We ws
=21?9.8?1100?45/3600 =2833W
Ne= Ne /η =2883/0.65=4358W
(2)在A、 B两截面间列伯努利方程得
gZA?pA22??uA2?gZB?pB??uB2??hf14
则 ZA=0, ZB=7m, uA= uB, pA=14.7?10 Pa(表压)
?hf= Hf1g=9g 所以B处的压力表读数为
pB?pA??gZB???hf1
?14.7?10?1100?9.81?7?1100?9.81?9??2.6?10Pa441-18 在水平管路中,水的流量为2.5L/s,已知管内径d1=5cm,d2=2.5cm及h1=1m,如本题附图所示。若忽略能量损失,问连接于该管收缩面上的水管,可将水自容器内吸上高度h2为多少?水密度ρ=1000 kg/m3。
解 在1-1截面和2-2截面间列柏努利方程,以管中心为基准面
p1?u122??p2??u222
?3?4 其中 u1?
VS0.785d12?2.5?1020.785?5?10?1.27m/s
9
?d?1?2.5?,p1??gh1 ??2?????u2?d1?4?5?u122所以
p2??p1??u122?u222?p1??u122?16u122?p1??15u122
?9.80?71000310?152?1.27 2 ??2.29P a 由于 p2??gh2?0
所以 h2??p2?2.299.81?0.233m
?g
习题1-18附图 习题1-19附图
1-19 密度850 kg/m3的料液从高位槽送入塔中,如本题附图所示。高位槽液面维持恒定。塔内表压为9.807×10Pa,进料量为5m/h。进料管为φ38×2.5mm的钢管,管内流动的阻力损失为30J/kg。问高位槽内液面应比塔的进料口高出多少?
解 在高位槽内液面(1-1截面)和塔的进料口截面(2-2截面)间列柏努利方程,2-2截面为基准面
gZ1?p1?u12233
??gZ2?p2??u222??hf
3其中 Z2?0, p1?0, u1?0, p2?9.807?10Pa(表压), ?hf?30J/kg
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u2?VsA?360?050.7?8?5p20.?03?8u22g2 /s?1.6247m2?0.00252 代入方
程可得Z1?????hf?9.087?108503?1.624722?309.81?4.37m
1-20 有一输水系统如本题附图所示。输水管径为φ57×3.5mm。已知管内的阻力损失按hf=45×u2/2计算,式中u为管内流速。求水的流量为多少m3/s?欲使水量增加20%,应将水槽的水面升高多少?
解 在水槽内液面(1-1截面)和管子出口截面(2-2截面)间列柏努利方程,2-2截面为基准面gZ1?p1?u122??gZ2?p2??u222??hf
2其中: p1?0, u1?0, Z2?0, p2?0, ?hf?45?u2/2
代入方程可得 gZ1?u22??hf?u22?45u22?23u
2所以 u?gZ23?9.8?1235?1.46m /s 欲使水量增加20%,则管中流速应为原流速的1.2倍 u'?1.46?1.2?1.75m/s 由gZ?23u'?Z?223?u'g2?7.2m
?h?7.2?5?2.2 m
11
习题1-20附图 习题1-21附图
1-21 水以3.77×10-3m3/s的流量流经一扩大管段。细管直径d=40mm,粗管直径D=80mm,倒U型压差计中水位差R=170mm,如本题附图所示,求水流经该扩大管段的阻力损失Hf,以 米水柱(mH2O)表示。
解 p1?p2?gR(???)i??gR
u1?VSA?3.77?10?32?3.00m/s
?40?0.785????1000?2?d?1 u2?u1?1??3??0.75m/s
4?d2? Hf??Z1?Z2??p1?p2?g?3?u12?u22????
2g??9.81?30.75 ??29.8122 ?0??170?10?100?0100?09.81 ?0.26m
1-22 贮槽内径D为2m,槽底与内径d0为32mm的钢管相连,如本题附图所示。槽内无液体补充,液面高度h1=2m。管内的流动阻力损失按hf=20u2计算。式中u为管内液体流速。试求当槽内液面下降1m所需的时间。
解 本题属不稳定流动。槽内液面下降1m所需的时间可通过微分时间内的物料衡算和瞬间的柏努利方程求解。
在dθ时间内对系统作物料衡算。设F'、D'分别为瞬时进、出料率,dA'为dθ时间内的积累量,则dθ时间内的物料衡算为
F' dθ - D' dθ=dA'
又设在dθ时间内,槽内液面下降dh,液体在管内瞬间流速为u,故 F'?0 D'?代入上式,得
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习题1-22附图
?4d0u dA'?2?4Ddh2