流体力学——为什么用手捏住水管出水速度就加大?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/10 22:13:25
大家都有过这样的经历吧:一个正在均匀出水的水管,我们用手堵住部分管口,水就会从剩下的缺口以更大的速度喷出;或者水龙头开得越大,水流速越大。。从恒定总流能量方程H=a2*v2^2/2g+hw1-2上看,如果总水头一定,沿程损失一定,那出口速度应该是一定的呀,这不是有矛盾了嘛?
怎么回事呢?恭请高人作答。
简而言之,出口面积为什么能够影响出口流速

H = V2^2/2g+hw1-2 = V2^2/2g+(入L/D) V2^2/2g——————(1)
是的,出口面积能够影响出口流速。你说的“如果总水头一定,沿程损失一定,那出口速度应该是一定的”也有一定道理,但不全面。问题在于当你用手堵住部分管口时,管口的出水面积减小了,相当于增加了一个突然缩小的局部水头损失,虽然能量方程仍可以写成:
H = V2^2/2g+hw1-2
但此时在水头损失项hw1-2中的内容发生了变化:除了管道中的沿程水头损失还有出口缩小的局部损失。设管道中的流速为V1,V2为手堵后剩余的面积(A2)出口流速,若管道的过流面积为A1,则二者流速关系为V1=V2(A2/A1),
hw1-2=(入L/D)V1^2/2g+jV2^2/2g=(入L/D)[V2(A2/A1)]^2/2g+jV2^2/2g
能量方程变为 H = V2^2/2g+(入L/D)(A2/A1)^2 V2^2/2g+jV2^2/2g —(2)
比较(1)(2),形式上看(2)式多了一项局部损失,但(2)的沿程损失项要 比(1)小得多,因为(2)多了一个因数(A2/A1)^2<<1 , 因此由(2)式算出的V2比(1)大!从物理意义来讲,管口面积减小后,管内的流速减小,管内的沿损失减小,管内的压力增大,出口流速增大。喷头就利用了这个原理。

正如你所说的,均匀出水的水管中总水头是一定的,沿程损失是一定的。那水在单位时间内在均匀管内流过的体积就应该是一定的,当用手或其他东西堵住部分管口,可以等效成水管直径变小,此时水头和沿程损失并没有改变,因此单位时间流过的体积也应该不变,根据圆柱体积V=L*S(L柱体的长,S柱体截面积)可知,V不变,S变小,则L增大,即单位时间内水走过的距离增加了(单位时间内走过的距离即为速度),表现为水的流速增加。

完全同意“总水头一定,沿程损失一定,那出口速度一定”的结论。

当用手捏住水管管口使管道“缩口”,则流量减小,“沿程损失降低”,出水速度加大。

应用实例:消防水龙带很粗,喷咀孔径很小,使“沿程损失接近于零”,出水速度接近最大。

简而言之,出口面积小了,流量就小了,沿程损失也就小了,水的