2017年西南大学水力学作业及答案

1、2017年西南大学水力学作业及答案 1.在帀常工作条fHS在乳口外接一个祖同菅咎的W亀作用木矢相同河，菅联比礼U出流單（:J A大 O BL小 ? C卞睜 O 口一 趴若明渠水力最优葩形断面的水深为1.2m,其宜度为（ 飞此題回答正确 A. 0.6m B. 1.2m C. 1.8m D. 2.4m 6、发生水跃的充分必要条件是（） 、此題回答正确 e a.从层流过渡到奈流 B从陡坡过渡到缓坡 C从缓流过渡到急流 D从急流过渡到缓流 7、园管层流过流撕面上切应力分布为（） 、此題回答正确 O A在过流断面上是常数 “ B管轴处是零，且与半径成正比 O C 一管壁处是零，向菅釉线性増大 0 D按抛

2、物线分布 8、对于并联长管道，每根管道的（） 此題回答正确 A流量相等 B 一切助相等 C 一沿程水头损失相等 D水力坡度相等 9、下列说法中，正确的说法是C ） V此皴回答正确 。A理想不可压均质量重力流体作定常或非定常 流动时，沿流线总机械能守恒 B一理想不可压均质重力流体作定常冼动时，沿 流线总机械能守恒 C理想不可JE均质重力流体作非定常流动时， 沿迹线总机械能守恒 O D理想可压缩重力浇体作非定常渍动时，沿流 线总机械能守恒 10. 在同一瞬时，流线上各个流体近质点的速度方向总是在该点与此流线（） 7此题回答正确 A重合 e b相交 c.相切 D.平行 11. 长管的总水头线与测压管

3、水头线（ 、此颔回答正确 t A相重合 B.相平行，呈直线 e c.相平行，呈阶梯状 D一以上答案都不对 12. 已知水湊的沿程水力摩擦系数2只与边界粗精度有关，可利断该水流属于（） 、此題回答正确 O A.层漬区 O B.紊流光滑区 C.萦流相糙反 D-萦流过渡粗糙区 13. 明渠水力最优断面的水力半径R （） 、此題回答正确 A等于水深的一半； O B.等于底宝的一半； O 。等于水面宽度的一半 O D_等于溟周的一半。 14x按是否考虑液体的粘滞性，可将液体分为 此题回答正确 A牛顿浹体与非牛顿懑体, e b连续濟体与非连续浹体 C 一可压缩液体与不可压编液体 圖D理想液体与实际浹体 1

4、5、有压管道的管径d与管渣水力半径的比值d/R=（） 、此題回答正确 A 8 B. 4 C. 2 D. 1 16. F列说法中，正确的说法是（） 此題回答正确 :.A.理想不可压均质量重力流体作定常或非定常 浚动时，沿流线总机械能守恒 。B一理想不可压均质重力流体作定常流动时，沿 茨线总机械直待恒 O C理想可压缩重力流体作非定常流动时，沿流 线总机械能守恒 D-理想不可压均质重力流体作非定常凌动时， 沿迹线总机械能守恒 仃、水的动力粘度随温度的升咼而（） 、此題回答正确 0 A不定 B増大 C.减小 D_不变 18.牛顿流体具有() 、此題回答正确 A扩散并充满整个容器的特性 6 B在任何切

5、应力作用下不龍维持静止状态的特 性 C.实际上绝对不可压缩的性质 D_切应力与运动状态无关的悝质 佃、圆管荼流中的上临界雷诺数() 、此題回答正确 O A是緊流转变为层流时的雷诺数 B罡层流和紊流的主要判别参数 C一等于2300 .对流态删作用不大 20、水力粗糙管适杲表示管道的边壁比较粗繼。 、此題回答正确 aQ 勒R x 21、粘滞性是液体产生水头损失的内因。 Y此题回答正确 AV B x 22、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。 、此题回答正确 圖A 7 OB.x 23, 匡流均匀流断THaiB正系数为2 妣題回答正确 24、水深相同的静止水面一走是等压画。 此题回答正确 粗糙区

6、入=f3( /R)，紊流粗糙区 又称为阻力平方区。 40、流线和迹线的区别和联系是什么？ 本题参考答案： 1)区别：迹线是单个液体质点在某一时段内不同时刻的流动轨迹线；流线是同 一瞬时由连续的一系列液体质点所构成的流动方向线。 (2)联系：恒定流时，流线与迹线重合。 41、 简述过水断面上单位重量流体的平均总机械能E (断面总能)与断面比能 e的区别与联系 本题参考答案： (1)基准面不同 断面总能E:是以某一个水平面为基准面计算的单位重量液体所具有的机械 能，水平面可任取，但同一题目必须是同一基准面； 断面比能e：是以断面最低点所在的水平面为基准面计算的单位重量液体所具 有的机械能，水平面不

7、能任意选取，且一般情况下同一题目不同的过水断面基 准面不同。 (2)沿流程变化率不同E沿流程总是减小，即恒小于零； e则可以沿流程上升、下降或不变，即可0, 0, =0。 42、简述明渠均匀流的形成条件和特征。 本题参考答案： 答：明渠均匀流的形成条件：根本(力学)条件：重力沿流向的分量=边壁摩阻 力() 具体条件：1.水流应为恒定流； 2.流量沿程不变； 3渠道必须是长而直的棱柱形顺坡渠道; 4. 糙率n沿程不变； 5. 渠道中无建筑物的局部干扰。 明渠均匀流的水力特征为：1.等深流动：hi=h2=h； 2. 等速流动：Vi=V2=V; 3. 总水头线/水面线/渠底线，J=Jp=i。 43、

8、均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？ 本题参考答案： 这种说法错误的。均匀是相对于空间分布而言，恒定是相对于时间而言。 当流量不变通过一变直径管道时，虽然是恒定流，但它不是均匀流。 他油舊筈卷川二150枫札输送油最0=153衍，求油管蠶抽上的流速,和牧的 沿程水头找失已如冷=S43AA7加 $ = 02cm1 /j.屮 解：(1 )判别流态，将油量 Q换成体积流量 Q 15,5x103x9.8 8-43x103x3600 Q _ 0.005 = 0.05 m3/s 0.283 m/s 0283XQ.1S 0.2X10 7 =21222300?属于层流 V = (2)由层流的性质可知

9、：皿 f Rxd 2g 21220.15 0.2 83 2 2x9.8 =0.822 m 温度为f = 20t的水，以Q二4000cW3的流量通过直径为d = 如的水管, 试判别其流态柑如果保持管内液体为层流运动，流量应受怎样的限制？ 解: 001 5 1+0.0337x20+0.000221X2C2 =0.0101 cm2/s (1 )判别流态 V = Q 4000 vd _ 51*10 V 0.0101 =51 cm/s 属于紊流 (2 )要使管内液体层流运动，则需 vd Rx = 2300 v 十 2300v 即” 一 2300X0.0101 10 =2323 cm/s Q= -dv-X

10、 IO2 X 2323 = 182.4cm3/s 高压管末端的喷嘴如图出口直径0=10渤，管端直径D = 4伽,流量 “4巧(喷嘴和管陕法兰盘连接，共用个摞栓，不计水管嘴的重量， 求每仝螺栓受力多少？亠 46. 也+ 解： Y 2g2g tt2 t,2 P1 _ V2 V1 Y 2g 2g Q0A 代入 Vi 二 航-參04 AiVi OA2 v2 = a2 一j x 0.12 Pi 512 3.182 Y 2g 2g 3+18 =51 m/s 132 m r 二 3.18 m/s 沿轴向写动量方程：r1.!丄丄- Rx = p1A1 + pQ.(v1-v2) -13000 XX 0.42 +

11、1000 X 0,4(3.18-51)二 143.4 KN 每个螺栓受力 143 4 F = - = 12 KN 如图4-了所不、设某虹啜管孔=2叫hT叫 d=15cnio试求；* (1) (2) : 为导践表面飪驼鑼，將导靈从充満鲍缘涂棘恂摸具中拉过.已知导賤直橙o.g 枚度 20 涂料的詰厲W-0. 02Pa.附若导雉啜速率$伽兀拉过模具，试求所需牵挥力.（LOIN） 5K 解: 20nini f 1 h 0.05mm irj ndl = 3.14 x 0.8 x 103 x 20 X 103 = 5.024 x IO5 nf 52、有一倾斜放置的渐粗管如图所示，A-A与B-B两过水断面形

12、心点的高差为 1.0m。 断面A-A管径da=200mm，形心点压强 Pa=68.5kpa。断面B-B管径db=300mm,形心 点压强pb=58kpa,断面平均流速 Vb=1.5m/s，试求（1 ）管中水流的方向。（2）两端 面之间的能量损失。（3）通过管道的流量。 解: ha = za+( 泌) pg 2g -L 1-.得 * L 匚心 Ha = 8.83J Hb = Eb +詈+ 讐=7.03) - ：lr所以水流从A A断面流向B B断面 （2）-1山 1 I Q = VbAe = 1.5 Xn X 仃22 （号）=0.106 m3/s 疣速由q变为巧的突然扩大管,如分为二次扩大.中间

13、疣取何值时局部水头损 失最小，此时水头损失为多仞并与一次.扩大时的水头损失比较。- 解：一次扩大时的局部水头流失为: 分两次扩大时的总局部水头流失为: hmi hn2 = 2g 在Vi、V2已确定的条件下，求产生最小hm2的V值: dhm? 一（#1 ）+（V V? i 0 V + v2 v= 2 _ Vl+V2 即当时，局部水头损失最小，此时水头损失为: hm2min 二专（町- V2）2 由此可见，分两次扩大可减少一半的局部水头损失 矩形断面如平底渠道.宽ft B=2. 7m,渠底在某取面处抬高0.訓已驻该断面 上游水深为加，下游水面降低0.皿（见图），忽略渠遣边壁和渠底的阻力。试 求；（

14、1）渠道的療量.（2）水流改底皱神击力。屮 流量_ V-l._2 si . 1.2m/s , 故由式(5 39)有 0.021 0.021 10001,4152 d2r00301x1 hi h2 h? 1 /1112 ? x=0.795m 桶一均匀流管跖 长f = 100m 養亀d =水流的水力舷=oo呱求窑壁光和 r =005的胡应力反水头损失. 解: 因为 R= d = O = o 05m 44 所以在管壁处： To = yR = 9800 X 0.05 X 0,008 = 3.92N/m3 r r=0.05m 处： =?o = ： X 3.92 = 1.96N/m 水头损失： hf =

15、J1 = 0.008 X 100 = 0.8m 如團所禾睿霸、上底为空气，屮展为=S70N/ma的石油、下屠为 p. =12550 N/rn-的甘曲，式求=当测压営中的甘油表面岛程为乳1血时压力走的读救. 解：设甘油密度为p 1，石油密度为p 2，做等压面1 1 , 则有 Pi = p!g(V9.14- V3.66) = PG + p2g(V7.62 一 03.66) 5,48p1g= PG +3.96p2g PG = 548pg- 3.96p2g = 1225 X 5.48 一 8.17 X 3.96 = 34.78KN/mJ 图示为文丘里流量计测量水管中的流量.已知山电驰，电15口水银压差

16、计 中左右水银面的高差为Ah =0. 02m,水银压差计测量断面的压差。试求济量 Q屮 解：对断面1 1和断面2 2应用伯努利方程， Pi 旳巧P2 a2V Zi+ +一=力+丄+护 pg2gPg2g 巧酉Pip2 晋二Z巴（Z曳） 2gPgPg 设断面2 2与右边水银面高差为 L，则 二 ?. I； . -整理得: Ah = 0252m 利用连续性方程 ,则 V2=2.2231m/s 【亠：丄-r-J -： 从本题看出，用文丘里流量计测量管道流量时，Q的一般计 算式为 n 2gpip?、 Q=|_id jZ(全 ) 如果用U型水银压差计测量水压，则 Q的计算式为 c 1T, ： (P/p-l

17、) 2gAh Q = d3 -j 4 A i-(%r 值得注意的是，文丘里流量计无论是水平，倾斜或者竖直 放置，其计算公式都是一样的。 矩形平板闸门AB侧挡水。已知长片加，宽乍1叫形心点水探妒细倾 角a=45c，闸门上绿A处设有密由，忽略闸门自重及门轴摩擦力.试求开启 闸门所需拉力 + 60v |r A 水 F 3 2 7T h 3 二3 解：作用在闸门上的总压力: .：匚八二E - .: 2 X cos 45 P(yQ - yA) 39200 X (2.946 - 1.828) T = 1 cos 45 =3 0.99KN 解：水平分力: = 44.145KN 压力体体积: 铅锤分力：卩M1

18、 1 P = pcA = pghcA = 1000 X?,8 X2X2X1= 39200N y二比+丄二亠+単巴-2346m 作用点位置：A :1 的作闭力及方向 sin45o-3)4x32i-i)2 = 14629n? 试求水对闭门 h =pghcAx = pg-x hb = 3.0 1000 X 9.81 X-X (為 +扣 8sin45 闻门拶水深h-3呀 匕眉形闻门如削所示，宽度trt (Mb囲心ft cr -45 合力: FP = 45.595KN 方向一：一宀 有一漸变输水管段，与水平面的倾角为4亍，如图所示。已知管卷苗日叩啦， cfi-lOOmm,两断面的问晅卜2%糸21-1斷面

19、处的流xfc Pi-2m/s,丞银董匡辻读数 蛤叭,试判别流动方向，并计算两断面间的水头捷失九和压强建罚-保。* V2 2 2 d K 一 4 = V2 1 2 1-22 d - d 2 XJ O O 2 假定流动万向为1 2，则根据伯努利万程 Pl 1V；p2 + 一 = lain 45 + + pg2gPg El_Ez.百血45 =( 1) hD = 12.6h 其中r 毗二 12.6hp + 寸= 12.6 X 0.2 + 為=-0.54m0 故假设成立 匕岡锥体疑其中心轴作等角速度旧=16尸吆旅转.锥体与1定壁面间的距离IT 用“ =0 1Si + * =43J5m /s1 3、答:

20、BMi虬2yr+ 厂 t = 2xr)- 0 Nffii将速度分量代入流线徽分方程得 2jrrd_r-(2r + H)dp =。 d2=0J 枳分上式，得 则日秒G九过心2虑的流线方程为 x= -y2 -y + 6 = 0 2 = C 4、答： D=100mmT d=25mm； M=l1 ; l ii h 5 O 2Q JOm 仃斫暹的息FT力为 21 P p(A (It _.hjf N n(8 - 4.i - 9810 10 MMl 5&6kN I 11 D 片 :.，,1 力- _c 2.5-027&- 2 222n 紳农总乐力対瑞AiQF冲划 V - P V). 5S&6 2.222- !30SkN ill 仏拒护T扳闸E宽hF Rm,為h=】叫转裁我IS中水部肌超gmH，舸门阿自动JT鼠换锻網位昂垃讼乜朋卜？ 已Jlh b=0.$m，tj=lm* 心冬沁亠 gffi?当钱哇的也査會于压力中心的位賣时，兩袴址一如时，闸 门阿目动开启闸门所受的总压力九 F 二 M二他厶二 Q 2)x910 x1 壮0 呂= 1!772N 2 2 F5力中心的位首尙- 08x1 Jh 丄占第1 % =妮+Fr幽*也珂”屮+r-1方皿” “4 一沁12x(