2020秋国开(电大)《流体力学》形考作业1-10参考答案

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国开（电大）《流体力学》形考作业1-7参考答案形考作业1一、选择题1．牛顿内摩擦定律适用于（）A.非牛顿流体B.牛顿流体C.任何流体2．液体不具有的性质是（）粘滞性B.易流动性C.抗拉性D.压缩性3．连续介质假定认为流体（）连续。A.分子间B.在微观上C.原子间D.在宏观上4．在国际制单位制中流体力学基本量纲不包括（）A.力质量长度时间5．在静水中取一六面体，作用在该六面体上的力有（）正压力、重力切向力、重力切向力、正压力D.正压力、切向力、重力6．下属那些力属于质量力（）惯性力弹性力C.重力粘滞力E.表面张力二、判断题1•压强和切应力属表面力。（V）2•流体惯性力与加速度方向相同。（X）粘滞性可以制止流体流动。（V）理想流体与实际流体的区别仅在于理想流体具有不可压缩性。（V）三、简答题1．为什么要建立连续介质模型？参考答案：液体（气体）是由分子组成的，分子间有空隙，不连续。工程上研究的流体，关心的是流体宏观的物理性质。把流体看成为由质点组成的连续体——连续介质模型，目的是建立描述流体运动的连续函数，便于应用数学工具，解决工程实际问题。2．什么是流体的粘滞性？它对流体流动起什么作用？参考答案：流体具有的阻滞变形运动的特性——流体的粘滞性，它对流体流动产生阻力，造成能量损失。3•动力粘滞系数口和运动粘滞系数v有什么区别？参考答案：两者都反映流体的粘滞性，口为动力量，v为运动量，口=pv,量纲不同。4．容器内盛有液体，求下述不同情况时该液体所受单位质量力？（1）容器静止时；（2）容器以等加速度g垂直向上运动；（3）容器以等加速度g垂直向下运动。参考答案：（1）液体所受单位质量力仅有重力；（2）液体所受单位质量力为2g；（3）液体所受单位质量力为0。5．试分析图中三种情况下水体A受哪些表面力和质量力？（1）静止水池；（2）顺直渠道水流（均匀流）；（3）平面弯道水流。

参考答案：参考答案：（1）水体A受哪些表面力为压应力（正压力），质量力为重力g；（2）水体A受哪些表面力为压应力和切应力，质量力为重力g（均匀流）；（3）水体A受哪些表面力为压应力和切应力，质量力为重力g和惯性力。四、计算题（请写出计算过程）1.已知某水流流速分布为u=0.72yi/io,u的单位为m/s,y为距壁面的距离，单位为m。（1）求y=0.1、0.5、1.0m处的流速梯度；（2）若水的运动粘滞系数v=0.1010cm2/s,计算相应的切应力。参考答案：解：du=dy解：du=dy0.72X-110xy-9=0-072y-9贝収=0.1处的流速梯度为：du|y_01=0.072x0.1-9=0.572dyy=0.1y=0.5处的流速梯度为：du|y=05=0.072X0.5-9=0.134dyy=0.5y=1.0处的流速梯度为：du|y_,0=0.072X1.0-9=0.072dyy=1.0(2)切应力t=|idu=pvdu=998.2X0.01010X10-4dudydydy=10.082X10-4dudy则y=0.1处的切应力为：t|.=10.082X10-4Xdu|〔y=0.1dyy=0.15.77X10-4pay=0.5处的切应力为：t|y=0.5y=0.5处的切应力为：t|y=0.5=10.082X10-4Xdudy|y=0.51.35X10-4pay=1.0处的切应力为：t|0=10.082X10-4Xdu|0y=1.0dyy=1.0=0.726X10-4pa2.已知温度20°C时水的密度P=998.2kg/m3,动力粘滞系数u=1.002X10-3N•s/m2，求其运动粘滞系数v？

参考答案：解：由公式得1.002x10参考答案：解：由公式得1.002x10-3N•s/m2998.2kg/m3=1.0038x10m2/s形考作业2一、选择题1．某点存在真空时（）。该点的绝对压强为负值该点的绝对压强为正值该点的相对压强为负值该点的相对压强为正值2．流体静压强的（）。大小与受压面积有关方向与受压面有关大小与受压面积方位无关3．流体平衡微分方程的全微分式为（）。P=Pa+pghp=p（x，y，z）dp=p（Xdx+Ydy+Zdz）压强单位为N/m2时，采用了哪种表示法（）。应力单位大气压倍数液柱高度5．密封容器内液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面（）等于容器内液面高于容器内液面低于容器内液面二、判断题等压面与质量力垂直。（V）某点存在真空，是指该点的压强小于大气压强。（X）精品精品word完整版-行业资料分享精品精品word完整版-行业资料分享静止流体中某点压强的大小，不仅与其淹没深度有关还与受压面的方位有关。（X）相对压强的数值可为正值，也可以是负值。（V）5•静止液面下的闸板的总压力作用中心与闸板形心重合。（X）6•和大气相通容器的测压管液面一定与容器内液面高度相同。（V）7.相对静止的液体的等压面一定是水平面。（X）三、简答题1．等压面是水平面的条件是什么？参考答案：等压面是水平面的条件是：（1）续介质（2）同一介质（3）单一重力作用下2．同一容器中装两种液体，且，在容器侧壁装了两根测压管。试问：图中所标明的测压管中液面位置对吗？为什么？P2P2参考答案：图中所标明的测压管中液面位置不对。因为，右测压管液面要低一些，从点压强的大小分析。3•图中三种不同情况，试问：A-A、B-B、C-C、D-D中哪个是等压面？哪个不是等压面？为什么？同连通器佃）崔逼器癥龍斷阿盛同连通器佃）崔逼器癥龍斷阿盛有车同种类語蔽的连逼器参考答案：根据等压面是水平面的条件(a)A-A是(b)B-B不是(c)C-C不是，D-D是四、计算题(请写出计算过程)已知某点绝对压强为80kN/m2,当地大气压强pa=98kN/m2。试将该点绝对压强、相对压a强和真空压强用水柱及水银柱表示。参考答案：解：根据绝对压强与相对压强的关系：p'=p+pa或p=p'-pa(式中pa为当地大气压强)用水柱高表示：该点绝对压强:8.16mH2o该点相对压强：-1.84mH2o该点真空压强:1.84mH2o用水银柱高表示:该点绝对压强:599.1mmHg该点相对压强:-135.4mmHg该点真空压强:135.4mmHgg一封闭水箱自由表面上气体压强pO=25kN/m2,h1=5m,h2=2m。求A、B两点的静水压强。参考答案:解：由压强基本公式p=p0+Pgh求解pA=p0+pgh】=74kN/m2pB=p0+Pgg-pg(l\-h2)=pA-pgg-h2)=44.6kM/m23.如图所示为一复式水银测压计，已知71=2.3m,V2=1.2m,V3=2.5m,V4=1.4m,%=1.5m(改为3.5m)。试求水箱液面上的绝对压强po=?(ph=13.6X103kg/m3,p=1X

103kg/m103kg/m3)参考答案：解：P2=pHg(V1-V2)P3=P2-pg(百-^)P4=P3+PHgW3T4)P0=P5=P4—Pg(V5-V4)联立得：P0=P5=PHg(V1—V2)—Pg(v3—V2)+PHg(v3—V4)—Pg(v5—V4)=279.28kPa4.某压差计如图所示，已知HA=H4.某压差计如图所示，已知HA=HB=1m,AH=0.5m。求：pA-pB。参考答案：解：设管中空气的压强为p由压强公式及等压面的概念得Pa=P空+P日0丛-PwghAPb=P空+PwghBPa—PB=PHgAh—Pwg(hA+hB)=13.6X103X9.8X0.5—1X103X9.8X(1+1)=47.04X103P=47.04kp(47kN/m2或4.8mH2o)aa2水闸两侧都受水的作用，左侧水深3m、右侧水深2m。试求作用在单位宽度闸门上静水精品精品word完整版-行业资料分享精品word完整版-行业资料分享总压力的大小及作用点位置（用图解法和解析法分别求解）。_—11/V1/1禺参考答案：解：p=1PghX1X3=2X1000X9.8X3X1X3=44.1kN空2空2P=1PghX1X3=1X1000X9.8X2X1X2=19.6kN右2右2P=p-P=44.1kN-19.6kN=24.5kN空右求静水总压力的作用点。(设作用点距渠底的距离为e)e1=h1/3=3/3=1.0me2=h1/3=2/3=0.67mpe=p1e1-p2e2e=(1e1-p2e2)/p=88.2X1-39.2X0.67)/49.2=1.26m答：静水总压力P=24.5kN,方向向右静水总压力的作用点在闸门的对称轴上，距渠底的距离e=1.26m—溢流坝上的弧形闸门。已知：R=10m，闸门宽b=8m,0=30°o求作用在该弧形闸门上的静水总压力的大小和方向。参考答案：解：（1）水平分力铅直投影面如图，A=bh=4X2sin45°=5.66m2xhc=h/2=(Rsin45°)/2=0.707m・・・P二PghA=1000X9.8X0.707X5.66=39.2KN,方向向右。xcx(2)铅直分力压力体如图abcde,V=Aabcde・bTAabcdeabceTAabcdeabcecdeAcdeAcde=扇形面积ode-三角形面积ocd=nR2-30—-1Rsin30°・Rcos30°=4.52m2360°2Aabce=4X(R-RCOS30°)=5.36m2abcde=5.36+4.52=5.36mabcde=5.36+4.52=5.36m2：・PZ=PgV=1000X9.8X9.88X8=774.6KN,方向向上。(3)总压力P=JP2+P2=2663KNx2（4）作用力的方向合力指向曲面，其作用线与水平方向的夹角a=tg-iC7746）=16.912548形考作业3一、选择题1．流体运动的连续性方程是根据（）原理导出的。质量守恒能量守恒力的平衡动量守恒2．流线和迹线重合的条件为（）。恒定流非恒定均匀流C.非恒定流二、判断题1•以每个流体质点运动规律为研究对象的方法称为拉格朗日法。（丿）恒定流一定是均匀流。（X）涡流是指流体质点在运动中不绕自身轴旋转的流动。（V）无旋流就是无涡流。（V）非均匀流一定是非恒定流。（X）三、简答题述流体运动的两种方法是什么？简述其内容。参考答案：（1）拉格朗日（Lagrange）法：拉格朗日法以研究个别流体质点的运动为基础，通过对每个流体质点运动规律的研究来获得整个流体的运动规律。这种方法又称为质点系法。拉精品word完整版-行业资料分享格朗日法的基本特点是追踪单个质点的运动。欧拉(Euler)法：欧拉法是以考察不同流体质点通过固定的空间点的运动情况来了解整个流动空间内的流动情况，即着眼于研究各种运动要素的分布场。这种方法又叫做流场法。欧拉法中，流场中任何一个运动要素可以表示为空间坐标和时间的函数。2．流体微团体运动分为哪几种形式？参考答案：流体微团体运动分为：(1)平移；(2)线变形；(3)角变形；(4)旋转变形。3．写出恒定平面势流中流函数具有的性质，流函数与流速势的关系。参考答案：流函数具有的性质：流函数相等的点组成的线即流线，或曰，同一流线上个点的流函数为常数；两流线间的函数值之差为为单宽流量；平面势流的流函数为一个调和函数。流函数与流速势的关系：(1)流函数与势函数为调和函数；(2)等势线与等流函数线正交。4．什么是过流断面和断面平均流速？为什么要引入断面平均流速？参考答案：与流线正交的断面叫过流断面。过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。5．如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问：(1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流？是均匀流还是非均匀流？当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流？恒定流情况下，当判别第II段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系？精品精品word完整版-行业资料分享精品精品word完整版-行业资料分享精品精品word完整版-行业资料分享-—I—--U-1-10-4参考答案：是恒定流。I、III是均匀流，11是非均匀流。(2)管中为非恒定流。(3)有。管段相当长为渐变流，管段较短为急变流。四、计算题(请写出计算过程)1.恒定二维流动的速度场为ux=axzUy=-ay,其中秒a=1秒-1。(1)论证流线方程为xy=C；绘出C=0、1及4m2的流线；(3)求出质点加速度的表达式。参考答案：1)流线方程为：dx1)流线方程为：dx_dyuuxy代入数值推导2）（略）dududu（3）由：a_x+ux+ux代入数值求解。xdtxdxydydududua+udtxa+udtxy代入数值求解。答案:a_a2xa_a代入数值求解，流体的运动不存在。代入数值求解，流体的运动存在。3.代入数值求解，流体的运动不存在。代入数值求解，流体的运动存在。3.水流从水箱经管径分别为d_10cm,d_5cm,d_2.5cm的管道流出，出口流速V_1m/s，如1233xy试检验下述不可压缩流体的运动是否存在？（1）u_2x2+y,u_2y2+z,u_-4（x+y）z+xyxyz（2）u_yzt,u_xzt,u_xytxyz参考答案：uuu解：由连续性微分方程，寸+4+I=0流体的运动存在，反之流体的运动不存在。dxdydz

图所示。求流量及其它管道的断面平均流速。参考答案：解：应用连续性方程流量：Q二vA二4.91x10-31/s33断面平均流速v二0.0625m/s,v二0.25m/s。124.如图铅直放置的有压管道，已知d]=200mm,d2=100mm,断面1-1处的流速v^lm/s。求(1)输水流量Q；(2)断面2-2处的平均流速v2；(3)若此管水平放置，输水流量Q及断面2-2处的速度為是否发生变化？(4)图a中若水自下而上流动，Q及v2是否会发生变化？参考答案：解：应用连续性方程Q=31.41/sv二4m/s2不变。流量不变则流速不变。5.已知某流场的流速势为®=(x2-y2),a为常数，试求u及u。2xy参考答案：解：u=axu=ayxy6.对于u二2xy,u=a2+x2-y2的平面流动，a为常数。试分析判断该流动：（1）是恒定流还是xy非恒定流？（2）是均匀流还是非均匀流？（3）是有旋流还是无旋流？参考答案：解：应用质点加速度数学表达式TOC\o"1-5"\h\zdududua—x+ux+uxxdtxdxydydududua=4+u4+u4求解。看时间加速度与迁移加速度判别是恒定流还是非恒ydtxdxydy定流;是均匀流还是非均匀流。（1）是恒定流。（2）是非均匀流1dudu（3）用无旋流数学表达式。-牙（x-y）求解，是无旋流。z2dydx形考作业4一、选择题1、总流伯努力方程适用于（A）A、恒定流B、非恒定流C、可压缩流体2、总水头线与测压管水头线的基本规律是：（A）A、总水头线总是沿程下降的B、总水头线总是在测压管水头线的上方C、测压管水头线沿程可升可降D、测压管水头线总是沿程下降的二、判断题1、N-S方程为理想流体运动的微分方程。（V）2、毕托管是量测流体电流速的一种仪器。（V）二、简答题1．说明总流能量方程中各项的物理意义。参考答案：答：流体恒定总流的伯努利方程为:Z]+(P]/Pg)+(U]2/2g)=Z2+(P2/Pg)+(u22/2g)+h「式中，z「z2为单位重量流体所具有的位置势能；P2为单位重量流体所具有的压强势能；U]、u2为单位重量流体所具有的动能；pg为单位重量流体所具有的势能；2g为单位重量流体所具有的机械能；h'为单位重量流体从1点流向2点的机械能损失。2.写出实际流体恒定元流的伯努利方程和实际流体恒定总流的伯努利方程，并指出他们的区别？参考答案：答：实际流体恒定元流的伯努利方程：Z1+(P1/pg)+(u12/2g)=Z2+(P2/pg)+(u22/2g)实际流体恒定总流的伯努利方程：Z1+(P1/pg)+(a1V12/2g)=Z2+(P2/pg)+(a2v22/2g)+h实际流体恒定总流的伯努利方程考虑了能量损失。3．应用恒定总统能量方程时，为什么把过流断面选在渐变流段或均匀流段？参考答案：答：因为建立恒定总流的伯努利方程时，把(z+—)作为常数提到积分号外面，只有渐变流断面或均匀Pgp流断面的z+=cPg4．在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面是否可以任意选取？为什么？参考答案：p答：可以。因为渐变流断面或均匀流断面的z+=c。Pg5．关于水流流向问题有如下一些说法：“水一定由高处向低处流”；“水是从压强大向压强小的地方流”；“水是从流速大的地方向流速小的地方流”。这些说法是否正确？为什么？如何正确描述？参考答案：答：(1)“水一定由高处向低处流”，(不对)，对明渠水流是对的，对有压管流不一定。“水是从压强大向压强小的地方流”(不对)，在有压管流中常常有从压强小向压强大的地方流的现象。正确描述时，流体的运动方向总是由单位重量流体能量大的位置流向单位重量流体能量小的位精品word完整版-行业资料分享置。（不能单从位能或压能一个角度比较）6.总流的动量方程为工F=PQ（卩v一卩v丿，试问：2211（1）工F中包括哪些力？（2）如果由动量方程求得的力为负值说明什么问题？参考答案：答：（1）一般为表面力、重力，（惯性力、摩擦力、弹性力含在待求的力中了）（2）求得的力为负值说明原假设的力的方向不对，反向即可。四、计算题（请写出计算过程）在一管路上测得过流断面1-1的测压管高度件为1.5m,过流面积A为0.05m2；过流断面2-2的面Pg1V2积A为0.02m2；两断面间水头损失h为0.54；管中流量Q为20l/s；z为2.5m，z为2.6m。试求断23/g12面2-2的测压管高度佥。（提示:面2-2的测压管高度佥。（提示:注意流动方向）。（Z2改为1.6m与图相符）参考答案：解：（1）能量方程可以求解位能、压能、流速与能量损失。求测压管高度即求压强，自然要想到用能量方程。（2）向未知情况下，流动方向可以假定。（3）先求出v,v12（4）列能量方程求解厶=-2.289mHo（1流向2）;厶=-1.473mHo（2流向1）pg2Pg2如图所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A]=0.05m2,A2=0.03m3，A3=0.04m2，若水池容积很大，行近流速可以忽略（v°~0）,当不计管路的水头损失时，试求:（1）出口流速v3及流量Q；（2）绘出管路的测压管水头线精品精品word完整版-行业资料分享精品精品word完整版-行业资料分享及总水头线。参考答案:解：(1)因为不计管路的水头损失，此题为理想流体的流动。因为是理想流体，作用水头完全转化为动能。先解出第3条管中断面平均流速，在求流量。v=9.90m/sq=0.396m3/s3(2)绘出管路的测压管水头线及总水头线步骤:①因为是理想流体，不计水头损失，故总水头线为水平。V2②计算各段流速水头^g。总水头线下方减去1个流速水头得测压管水头线。(测压管水头线及总水头线图，略)如图一管路，A、B两点的高差Az=1m，点A处直径d=0.25m,压强p=7.84N/cm2,点B处直径d=0.5m,AAB压强p=4.9N/cm2，断面平均流速V=1.2m/s。判断管中水流方向。BB参考答案:解：判断管中水流方向，，要从单位重量流体总的机械能考虑，总是单位重量流体总的机械能大的位址(1)计算A(1)计算A点与B点单位重量流体总的机械能。(2)比较A点与B点单位重量流体总的机械能的大小。从A流向B。在水平安装的文丘里流量计上，直接用水银压差计测出水管与喉部压差Ah为20cm,已知水管直径d]为10cm，喉部直径d为5cm，当不计水头损失时，求通过流量Q。2参考答案:解：可以直接用公式Q二K.12.6Ah求解，也可以流能量方程推导公式求解。即，Q=0.01425m3/s为将水库中水引至堤外灌溉，安装了一根直径d为15cm的虹吸管（如图），当不计水头损失时，问通过虹吸管的流量Q为多少？在虹吸管顶部s点处的压强为多少？s点处的压强进考虑位能、动能压能之间的转化。（1）列上游水面到管出口间的能量方程求流量，Q二0.1355m3/s⑵列上游水面到s点处的能量方程求s点处的压强，土一5mH20—平板闸门宽b为2m，当通过流量Q为8m3/s时闸前水深h为4m，闸孔后收缩断面水深g为0.5m,求作用于平板闸门上的动水总压力（不计摩擦力）。参考答案：解：此题为用动量方程求解作用力。因为流量未知，涉及到连续性方程、能量方程、动量方程这三大方程的联合应用。（1）取控制面（脱离体）（上游过流断面与C-C断面之间）（2）画出相对压强分布图，全面并分析、计算外力（上游过流断面压力PC-C断面压力P，重力1，2精品精品word完整版-行业资料分享精品精品word完整版-行业资料分享精品word完整版-行业资料分享沿水流方向的分力为0,设平板闸门对水的动水总压力为R，方向向左。因为流量未知先列能量方程求流速。列出的能量方程由v,v两个未知量，用连续性方程消掉1个未知量。求出流量、流速。12列动量方程求解作用力。作用于平板闸门上的动水总压力R=93.5kN，方向向右。如图溢流坝，上游断面水深h]=1.5m，下游断面水深h2=0.6m，略去水头损失；求水流对2m坝宽(垂直纸面)的水平作用力。注:上、下游河床为平底，河床摩擦力不计,为方便计算取P=1000kg/m3,g=10m/s2。参考答案:参考答案:解：以1-1与2-2断面及沿坝面(包括上下游部分河床边界)与水流自由表面所围成的空间作为控制体,并取沿水流方向为X正向。求上、下游断面的流速以河床为基准面，对1-1与2-2断面写能量方程式%+代/Pg)+(a1v12/2g)=h2+(P/Pg)+(a2v22/2g)+h因为P=P=P,h=0,aq=a2=1,于是12aq丄2h+v12/2g=h+v22/2g(a)由连续方程，得v.h=v2h(b)丄122将h]=1.5m,h=0-6m代入式(a)和(b)，可求得v1=1.83m/s,v2=4.58m/s(2)求1-1断面和2-2断面的动水压力P1=1Pgbh12=1X1000X10X2X1.52=2.25X104N=22.5KNP2=1Pgbh22=iX1000X10X2X0.62=0.36X104N=3.6KN计算过水断面的流量Q=A2v2=0.6X2X4.58=5.50m3/s沿x方向写动量方程式令坝面对水体的反作用力在水平方向的分力为R,方向向左。沿x方向的动量方程为PQ(32v2-31vi)=P1-P2-RR=P1-P2-PQ(v2-vi)X5.50X()=3.77kN所以坝面对水体的反作用力R的方向与所设的方向相同。水流对坝面的作用力与R大小相等，方向相反。形考作业5一、选择题1．管道中液体的雷诺数与()无关。A.管长流速管径温度某圆管直径d=30mm，其中液体平均流速为20cm/s。液体粘滞系数为0.0114cm3/s,则此管中液体流态为()。紊流层流层流向紊流过渡等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是()。呈椭圆曲线分布呈抛物线分布呈对数线分布呈双曲线分布等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的()。1/4倍1.0倍1/2倍1/3倍圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的()成正比.一次方B.二次方四次方三次方6．圆管的水力半径是（）。d/4d/3d/2d/57．谢才公式中谢才系数的单位是（）。m1/2/sm2/s无量纲m3/2/s8．判断层流和紊流的临界雷诺数是（）。上下临界雷诺数代数平均上下临界雷诺数几何平均上临界雷诺数下临界雷诺数二、判断题层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。（V）壁面光滑的管道一定是水力光滑管。（X）在过流断面突变处一般发生局部水头损失。（V）等直径圆管中的层流,其过流断面平均流速是圆管中最大流速的1/2倍。（V）流体内切应力方向与流体运动方向相同。（X）阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。（V）三、简答题1．圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同？参考答案：答:层流为抛物线分布，紊流为对数曲线分布。（也可以画图）2.简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数入的变化规律。参考答案：精品word完整版-行业资料分享答：尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数入的变化规律，文字表述或数学公式表述。层流:入=f（Re）；水力光滑区：入=f（Re）；过渡粗糙区：入=f（Re,K/d）粗糙区（阻力平方区）：入=f（K/d）3．写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，并说明其层流、紊流的判别标准？参考答案：答：管流：Re=vd/vRe<2000（层流）Re>2000（紊流）明渠水流：Re=vR/vRe<500（层流）Re>500（紊流4．雷诺数的物理意义？它为什么能用来判别流态？参考答案：答：雷诺数实质是反映粘性力与惯性力之比。层流时惯性力不大,而粘性力占主导,受粘性力的约束，流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导，受到干扰形成涡体，当粘性力约束不了涡体时，流体质点互相掺混，所以用雷诺数可以来判别流态。5．当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数是增大还是变小？当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数是增大还是变小？参考答案：答：当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数增大；当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数变小。6．两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体，它们的临界雷诺数是否相同？参考答案：答：不一定。7．能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么？参考答案：答：有沿程能量损失和局部能量损失两种。一是因为流体具有粘滞性，二是因为固体边界条件的影响。四、计算题（请写出计算过程）1.有已输油管，管长I=100m，管径d=5cm，已知油的密度P=930kg/m3,动力粘滞系数口=0.072N-s/m2o当通过输油管的流量Q=0.005m3/s时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水头损失hf。参考答案：精品精品word完整版-行业资料分享精品精品word完整版-行业资料分享解：(1)计算雷诺数判别流态。计算沿程阻力系数入。计算沿程水头损失hf。层流沿程水头损失hf=25.74m(油柱)2.水管直径d=10mm，管中水流流速v=0.2m/s，水温T=10oC,(1)试判别其流态；(2)若流速与水温不变，管径改变为30mm，管中流态又如何？(3)若流速与水温不变，管流由层流转变为紊流时，水管直径为多大？参考答案：解：(1)查表,求运动粘滞系数v,计算雷诺数判别流态。其流态是：层流(2)同上其流态是：紊流设雷诺数等于2000，求管径。d=13.06mm3•有一圆管，在管内通过v=0.013cm2/s的水，测得通过的流量为Q=35cm2/s,在管长15m的管段上测得水头损失为2cm，试求该圆管内径d。参考答案：解：(1)设管中水流为层流，推导出沿程阻力系数入表达式并代入数据；(2)将上式再代入达西公式hf=入(l/d)(v2/2g)并化简，代入数据求管径。d=14.2mm4.水管直径d=100mm，管中水流流速v=100cm/s，水温T=10oC，试判别其流态。参考答案：解：紊流5•凝土明渠中水流为均匀流，水力坡度J=0.0009，明渠底宽为b=2m，水深h=1m，粗糙系数n=0.014，计算明渠中通过的流量(分别用曼宁公式和巴氏公式计算)。参考答案：解：湿周X=b+2h=2+2x1=4m面积A=bh=2x1=2m2水力半径R=A/X=2/4=0.5m1）代入曼宁公式C=2R：=-^(0.5)6~63.636m2/sn60.01462代入谢齐公式v=C^RJ=63.636X^0.5X0.0009u1.35m/s明渠中通过的流量Q=Va=1.35x2=2.7m3/s(2)代入巴氏公式由于O.lmSR<3.0m,符合巴氏公式y=2.5jn—0.13—0.75^R(^n—0.1)=2.570-014—0.13一0.75753(70-014—0.1)u0.156C=丄戍=—^X(0.5)0.156u64.108m2/sn0.0142v=C7RJ=64.108X70.5X0.0009u1.36m/s明渠中通过的流量Q=vA=1.36X2=2.72m3/s6．水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管路。已知d1=150mm，d2=75mm，l=50m管道的当量粗糙度A=0.6mm,水温为20oC。若管道的出口流速v2=2m/s,求(1)水位H；(2)绘出总水头线和测压管水头线。卜十!——-I参考答案：精品word完整版-行业资料分享裨：〔1〕取管道轴钱所在水平面为基准面，可列出水箱水面2管道岀口间能量方程I丸+谆/2呂其中hf-X*(|*v3)/(屮运)，包括内和％两制I■分dl段速虞vlw2mj九,dt=idlr可算得Vt^OSmA，温度为2(Tt时有r^,01001175,d和嗨段雷谐数RcL-vd/y=(SOcm/s^lScm/s)/(O.OlOcrnVs)-7SOm>2300流&曰#¥=(200cm/s*7,ScnVs)/CQ.OiacmV^=150000>2300紊滦用冥■迪图査X值，AL/d-Q.GrtuTi/lSDrnrt^O.OOdhXr0.C29As/d-O.6rsrW75mnft--D.OO8.?^;.=0.036(都在耦糙区)代入公式Ehfl4hQ-0.12Sm-S.021m局郅水头摊失阡J刊纳也分成两部务带入公■式环鬥广尙突蛊睹小芒切』，vl和V?己知荐到£h,=0.WJ5rwH).O77nn=Q.{J82mHrYhf+yhj+v272£-5-021m40.082m40.204m=6J07m⑴直水头线和测压膏朮头线画在廉團上，如图某一水池，水位恒定，通过一根管径d=100mm、管长l=800m的管道，已知水池水面和管道出口高差H=20m,管道上有两个弯头，每个弯头的局部阻力系数Z=0.3,管道进口是直角进口(Z=0.5)管道全长的沿程阻力系数入=0.025,试求通过管道的流量。参考答案：解：取管道出口面轴线所在水平面为基准面，列出水箱水面与管道出口间能量方程：H=Yhf+丫片+v2/2g，v为出口流速。由连续性方程，管道速度一致，都为V。其中，Yhf=hf=入(1•V2)/(d•2g)丫片有三部分，两个弯头和一个突然缩小，片=Z・v2/2gYh.=2X0.3Xv2+0.5v2/2gj2gH=Yhf+Yhj+v2/2g可写为20m=(0.025x800/0.1+2x0.3+0.5+1)v2/2g精品word完整版-行业资料分享计算出V=1.393m/s，流量Q=AV=nd2X0.393=0.011m2/s4形考作业6一、选择题1．虹吸管正常工作，其顶部的真空值一般不大于（）水柱高。TOC\o"1-5"\h\z10m9m7.5m6.0m2．短管淹没出流的计算时，作用水头为（）。短管出口中心至上游水面高差短管出口中心至下游水面高差上下游水面高差3．外延管嘴正常工作的条件是（）。管长=（3-4）d，作用水头0.75作用水头大于0.75管长大于3-4倍的管径作用水头小于0.754．按短管进行水力计算的管路是（）。虹吸管倒虹吸管环状管网支状管网二、判断题1．计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。（X）长管是指几何长度很长的管道。（V）孔口淹没出流时，孔口淹没越深，其出流的流速和流量就越大。（V）管嘴收缩断面的真空度与作用水头成正比，作用水头越大，收缩断面的真空度越大，泄流量也越大。（V）精品word完整版-行业资料分享5．同一短管，在自由出流和淹没出流条件下，流量计算公式的形式及流量系数的数值均相同。（V）6．两孔口形状、尺寸完全相同，作用水头相同，一个为自由出流，一个为淹没出流，二者的流量是相同的。（X）三、简答题1．为什么管嘴出流时，阻力增加了，泄流量反而增大？参考答案：因为在管嘴进口收缩断面处形成了负压，相当增加了作用水头，在相同条件下管嘴出流比孔口出流的流量大。写出薄壁小孔口出流的收缩系数£，流速系数匚和流量系数口的表达式。参考答案：收缩系数：£=AC/A流量系数：口二Q/（Aj2gH0）-二口/£流速系数：匚=1/丿1+Zc外延管嘴的正常工作条件是什么？参考答案：管嘴长：1=（3~4）d作用水头：HW9.0mH2o。四、计算题（请写出计算过程）1.有一虹吸管，作用水头H]=1.5m,H2=2.0m,管长lx=l2=5.0m，管径dx=d2=0.1m，沿程损失系数入=0.02，进口设拦污栅，进口局部损失系数Z1=10.0，弯管局部损失系数Z2=0.15。求参考答案：此题属短管的水力计算，可以用能量方程求解，也可直接用公式。要点有21）局部损失系数要考虑周全（共3个）。精品word完整版-行业资料分享(2)此题，管中最大真空值发生在最高处。Q=0.0117m3/s(P/pg)V=3.369mH2o2.—水塔供水系统如图所示，已知管道末端要求的自由水头Hz=10m，管径d]=450mm,d2=350mm,d3=250mm，管长L^IOOm，L2=100m，L3=100m，q1=0.10m3/s，q2=0.08m3/s,q3=0.05m3/s，管道的粗糙系数n=0.02。试确定水塔高度H。参考答案：此题属短管的水力计算，也可直接用公式求解。要点有3。(1)长管公式要记住，应注意修正。(2)管中(节点)流量要算对。(3)题目中给出了管道的粗糙系数，意指管流在粗糙区，不必修正，但要记住以下公式，C=1Ri/6；入=8g/c2；s=8入/gn2d5；H二slQ2nH=15.1m3.圆形有压涵管穿过路基，管长l=50m，管径d=1.0m，上下游水位差H=3m，管路沿程阻力系数入=0.03，局部阻力系数：进口Za=0.5，弯管Zb=0.65，水下出口Z=1.0，求通过流量？参考答案：因为河道较宽，忽略上下游流速的影响，以下游水面为基准面列能量方程H+0+0=0+0+hw精品精品word完整版-行业资料分享精品精品word完整版-行业资料分享H=H=hw=(入d+Za+2Zb+z)v22g=(0.0350+0.5+2X0.65+1)v212g流速：v=亠寸2X9.81X3=3.936m/sV3.8通过流量：Q=vn^=3.936辺空=3.09m3/s44形考作业7一、选择题1．对于管道无压流，当充满度分别为（）时，其流量和速度分别达到最大1.0，1.00.95，0.810.5，0.50.81，0.812．对于a，b，c三种水面线，下列哪些说法是错误。（）所有a、c型曲线都是降水曲线，即dh/ds<0,水深沿程减小。所有b型曲线都是壅水曲线，即dh/ds>0，水深沿程增大。所有b型曲线都是降水曲线，即dh/ds<0，水深沿程减小。所有a、c型曲线都是壅水曲线，即dh/ds>0，水深沿程增大。3．跌水的形成条件是（）。从急流过渡到急流从急流过渡到缓流从缓流过渡到急流从缓流过渡到缓流4．水跃的形成条件是（）。从缓流过渡到急流从急流过渡到缓流从缓流过渡到缓流从急流过渡到急流5．两段长直的棱柱形渠道，通过的流量相同（）。A.底宽不同（―也），其他参数相同（i,n,m,Q），则hQ1>hQ2粗糙系数不同（n1>n2）,其他参数相同（n,b,m,Q）,则h01>h02边坡系数不同（m1>m2）,其他参数相同（i,n,b,Q）,则h01>h02底坡不同（.比），其他参数相同（i,b,m,Q）,则h01>h026.—梯形断面渠道，底宽b=2m，边坡系数m=1.0，明渠中的水深h=0.5m，则湿周水力半径R分别为（）3.5，0.303.414，0.303.5，0.3663.414，0.366二、判断题缓流一定是均匀流，急流一定不是均匀流。（丿）断面单位能量沿程可大、可小，或者不变。（X）3•明渠中均匀流一定是恒定流。（V）4•明渠水流，从缓流到急流发生水跃。（X）谈到某水流是临界流、急流、缓流，这是以明渠断面尺寸、流量一定为前题而讲的。（X）明渠水流的测压管水头线不可能沿程上升。（V）三、简答题简述明渠均匀流的水力特征及其形成条件。参考答案：明渠均匀流的水力特征：（1）底坡线，水面线，总线头线三线平行，即i=J=JP。（2）水深h,过水断面面积A,断面平均流速及断面流速分布沿程不变。明渠均匀流形成条件：（1）流量恒定。（2）必须是长直棱柱形渠道，糙率n不变。（3）底坡i不变。简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。参考答案：明渠水流分为缓流、急流、临界流。各判别方法有：（1）干扰波：波速C=Jghm，v=C为临界流，vvc为缓流，v>c为急流;

弗劳德数：弗劳德数Fr=v/Jghm,Fr=1临界流，Fr<1缓流，Fr>1急流；临界水深hk：h>hk缓流，h=hk临界流，hvhk急流，对于矩形渠道，hk=对企临界底坡ik：i<ik缓流，i=ik临界流，i>ik急流。3．写出佛劳德数的表达式，并说明其物理意义。参考答案：弗劳德数Fr==，物理意义是：反映动能与势能之比。Jghm4．为什么要引入断面单位能量的概念？参考答案：引入断面单位能量，目的是分析水面曲线的变化规律和建立临界流方程5．简述明渠恒定非均匀流的水力特征。参考答案：过水断面面积A,水深h,沿程改变。即h=f(s),A=f(s)。底坡线，水面线，总线头线三线不再平行，即iHjHJp。四、作图题1．下面为长直棱柱形渠道，n不变，试定性绘出可能出现的水面曲线型式。皿皿参考答案：1•某输水渠道，沙质土壤，岸边有杂草，糙率系数n=0.025，底坡1=0.002，断面为梯形,边坡系数m=1.0。按水力最优断面设计，通过流量Q=0.8m3/s,试确定其断面尺寸。参考答案：解：Bh=2(Vl+m2-m)=2X(V2-1)=0.8285hA=(b+mh)h=(Bh+m)h2R=h/2C=1/n(R1/6)Q=ACVKih=_23nQ——3/8=M(%+m)Jb=Bhh=0.8285X0.7=°.57995=0.58m有两段矩形断面渠道相连，通过流量Q=2.8m3/s，底宽b=2m，混凝土衬护，n=0.015,『0.012,i2=0.0008。这两段渠道是否为水跃衔接？若是水跃衔接，是何种形式水跃？并定性绘图表示。参考答案：⑴％=塔=°586mAr=bh=2X0.586=1.172m2XK=b+2^=2+2X0.586=3.172mR=ar=1.172=0.369483mkXk3.172C=丄R11^0.36956=56-473471m0.5BI=b=2mknk0.0156sk精品精品word完整版-行业资料分享精品精品word完整版-行业资料分享>0>0>0>0—gXk=9・8X3・172=0.0049aC2Bk1X56-52X2■所以，这两段渠道是水跃衔接(2)K——2,8—25.56m3(2)K——2,8—25.56m3/s7i170-012K—2—2-8—100m3/sJi270-0008y—也—22.67—16.6查附录ChnK10.015X25.56y—b267—2267—4.24查附录ChnK20.015X1000102—0.42m—1.15m—匾[J]+8(^)3-12h01+8(°^586)3一10.42—0.8m所以，是远驱式水跃所以，是远驱式水跃形考作业形考作业8一、选择题1一、选择题1．实用断面堰常常设计成真空堰，其目的是（）。节省建筑材料提高过流能力减小空化空蚀减小水流对坝面的冲刷2．小桥过流与（）具有相同的水力特征。A.薄壁堰流B.闸孔出流C.宽顶堰流实用断面堰流宽顶堰形成淹没出流的充分条件是（A）。A.扎>1.077.B.hsA.扎>1.077.B.hs>0.S77C.D.精品精品word完整版-行业资料分享精品精品word完整版-行业资料分享精品精品word完整版-行业资料分享4．下述堰的分类哪个正确（）。0.67v6/H<2.5实用断面堰6/H>0.67薄壁堰0.67<6/H<10.0宽顶堰6/H>2.5薄壁堰二、判断题只要宽顶堰下游水深超过堰顶，就为淹没出流。（丿）小桥过流的淹没出流条件--?「与宽顶堰的淹没出流条件■■--J:二：不同。（V）对于闸孔出流，当闸门开度吕与上游水深H之比国任沁戲时，闸孔出流转化为堰流。（V）对于薄壁堰，在堰宽b、堰高P和堰上水头H相同的情况下，完全堰的过流能力比侧收堰的过流能力大。（V）三、简答题简述堰的三种类型及其共同的水力特征。答：堰分为三种类型：（1）薄壁堰一判别标准6/HV0.67（2）实用断面堰——判别标准0.67<6/HV2.5（3）宽顶垠一判别标准2.5<S/H<10共同的水力特征为上游水位壅高过堰时水面跌落。2•堰流