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如图3—36所示,在水车壁面上用螺栓固定装一喷嘴,直径由d1=8cm逐渐缩至d2=2cm,已知喷嘴出口的平均流速v2=15m/s。若不计能量损失,取动能校正系数及动量校正系数为1,求(1)水流对喷嘴的作用力的大小及方向;(2)要保持水车不动,需要对水车施加的外力的大小及方向(不计车轮摩擦)。
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参考解答
正确答案:×
根据连续性方程:(2)以喷嘴中心线为基准面,列1--1断面和2--2断面能量方程:
(3)设R为喷嘴对水流的作用力,方向向左。以喷嘴中的水体为对象,列水平方向动量方程:∑F12=P1一R=ρQ(v2一v1)R=P1一ρQ(v2-v1)=563.3--1000×0.0047×(15--0.9375)=563.3--66.1=497.2(N)水流对喷嘴的作用力R’与R大小相等,方向相反(方向向右),通过螺栓作用到水车上。(4)设F为整个水车和喷嘴对水流的作用力,方向向右,以所有水体为对象,列水平方向动量方程:∑Fo2=F=ρQ(v2-vo)F=ρQ(v2-V0)=1000×0.0047×(15-0)=70.5(N)水流对整个水车和喷嘴的作用力F’与F大小相等,方向相反(方向向左)。要使水车不动,需要对水车施加的外力正好是单位时间的动量变化F=70.5N,方向向右。注意它不是水流作用于喷嘴的力R’。
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