水力学_孙建_水文与水资源工程

水力学研究所

本科生课程教学大纲

西安理工大学水电学院水力学研究所

二零零五年七月

前言

水力学研究所主要承担全校本科生的《水力学》及《水力学实验》、《工程流体力学》及《工程流体力学实验》、《流体力学基础》、《河流动力学》、《岩土渗流基础》、《治河防洪工程》、《港口航道工程》等课程的教学任务。

《水力学》（或《工程流体力学》、《流体力学基础》）课程是水利类、土木类、热能及动力工程类、市政及环境工程类等专业的一门重要的专业技术基础课。我校《水力学》课程面向水利水电学院各专业（水利水电工程建筑、给排水、热能及动力工程、土木工程、工程管理、水文及水资源工程、环境工程），理学院理论力学专业，高等技术学院水利水电工程专业大专班，每年涉及20余个本科班级。

教学大纲是课程教学的指导性文件。近年来，为了适应我校教学改革的总体要求，各专业《水力学》课程的学时都有所减少。为此，1994~2003年期间我们先后两次修订和编写各专业的水力学教学大纲及实验教学大纲，以进一步规范本科生《水力学》课程的教学。本次在2003年版本的基础上，针对2005级本科教学计划中相关课程的学时情况，重新对我所开设的《水力学》等课程的教学大纲进行了修订，并增补了《河流动力学》、《岩土渗流基础》、《治河防洪工程》、《港口航道工程》等课程的教学大纲。

参加本大纲修订和编写的主要人员是王新宏、孙建、魏炳乾、张志昌、张宗孝、魏文礼、谭立新、王颖、邵建斌、牛争鸣、陈刚。

水文及水资源工程《水力学》教学大纲

（72学时，其中实验8学时)

一、课程内容

0 绪论

水力学定义、任务、研究方法；学习水力学的意义；水力学的发展简史

1 液体的主要物理性质

1.1液体的基本特征及连续介质的假说

基本特征；易流性；压缩性；连续介质的假说

1.2 液体密度和容重

1.3 粘滞性

液体的粘滞性；牛顿内摩擦定律

1.4液体的压缩性和膨胀性

压缩系数与弹性系数，量纲，单位；膨胀系数，量纲，单位；不可压缩液体

1.5液体表面张力

液体表面张力；表面张力系数，量纲，单位；毛细现象

1.6液体相变

液体汽化；蒸发；沸腾

1.7作用在液体上的力

表面力；质量力；总质量力；单位质量力

2 水静力学

2.1 静水压强及其性质

静水压强定义；静水压强特性

2.2液体平衡微分方程

欧拉平衡微分方程；欧拉平衡微分方程综合表达式；等压面

2.3重力作用下的液体平衡

水静力学基本方程

2.4几种质量力共同作用下的液体平衡

旋转容器中液体的相对平衡；直线匀加速运动容器中液体的相对平衡；相对平衡与重力作用下的液体平衡比较；静水压强分布规律比较

2.5 压强的量测

绝对压强、相对压强、真空度；液体压强的表示法；水静力学基本方程的物理意义和几何意义；液体压强的量测

2.6作用于平面上的静水压力

大小；方向；压力中心

2.7作用于曲面上的静水压力

水平分力；铅垂分力，压力体；总压力；压力中心

3 水动力学

3.1描述液体运动的两种方法

拉格朗日法；欧拉法；欧拉变数；时变加速度；位变加速度

3.2恒定流与非恒定流

3.3迹线与流线

迹线；流线：定义、微分方程、流线性质

3.4质点与控制体概念

质点；控制体

3.5一元流动法

元流；总流；过水断面；流量与断面平均流速

3.6恒定元流和总流的连续方程

元流连续方程；总流连续方程

4 水动力学的基本原理

4.1 理想液体运动的微分方程

欧拉运动方程；欧拉运动方程与欧拉平衡方程比较

4.2 理想液体的伯诺里方程

理想液体元流的伯诺里方程；方程表示式；物理意义和几何意义；质量力、重力共同作用下的伯诺里方程积分

4.3 实际液体恒定元流的能量方程

4.4 均匀流与非均匀流

均匀流定义；均匀流过水断面动水压强特征

4.5 实际液体恒定总流的能量方程

总流的能量方程一般表示式；应用条件；几何意义和物理意义；能量方程应用

4.6 恒定总流的动量方程

动量方程表达式：动量方程应用：射流冲击垂直固体边壁、分岔流动、平面弯管流动、立面弯管流动

4.7 因次分析

因次、基本因次、诱导因次、无因次；因次和谐原理；因次分析的兀定理及其应用

5 流动形态与水头损失

5.1水头损失及其分类

水流阻力及其分类；沿程阻力；局部阻力；过水断面的水力要素；湿周；水力半径

5.2均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系

均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系；达西公式

5.3 流动的两种形态

雷诺实验；两种流动形态：层流、紊流；水流雷诺数、临界雷诺数、下临界雷诺数、上临界雷诺数；水头损失与流速的实验关系曲线

5.4 层流运动

圆管层流运动；流速分布规律；水头损失与断面平均流速的关系；沿程阻力系数

5.5 紊流运动

紊流的产生机理；紊流运动要素的时均法；脉动现象、瞬时值、时均值、脉动值

紊流附加切应力；紊流结构；粘性底层；过渡区；紊流核心区；紊流过水断面的流速分布；流速分布的对数规律；流速分布的指数规律

5.6 紊流的沿程水头损失

尼古拉兹实验；沿程水头损失的一般规律：沿程阻力系数与雷诺数，粗糙度关系；紊流沿程水头损失系数的总公式；莫迪图；沿程水头损失系数的经验公式；谢才公式及其谢才系数曼宁公式

5.7 局部水头损失

管道突然扩大的局部水头损失；局部水头损失的一般表达；局部阻力系数

6 有压管中的恒定流

6.1 概述

长管与短管；简单管道与复杂管道；自由出流与淹没出流

6.2 简单管道的水力计算

简单管道的水力计算；自由出流；淹没出流；测压管水头线、总水头线绘制

6.3 虹吸管及水泵的水力计算

虹吸管；水泵：管径、最大允许安装高度、扬程、装机容量

6.4 串联管道的水力计算

6.5 并联管道的水力计算

8 明渠中的恒定流

8.1概念

底坡；明渠的横断面

8.2均匀流

均匀流特性及产生条件；均匀流水力计算；基本公式；计算类型；水力最佳断面；渠道允许流速；复式断面明渠水力计算

8.3明渠的三种流态

急流、缓流和临界流；微小波速；佛劳德数；断面比能、临界水深；临界底坡

8.4水跃

水跃现象；水跃方程；平底矩形断面明渠的水跃共轭水深计算；平底矩形断面明渠的水跃长度；平底矩形断面明渠的能量损失；水跃方程验证

8.5非均匀渐变流

明渠恒定非均匀流基本方程；棱柱体明渠水深沿程变化的微分方程

8.6非均匀渐变流水面曲线的变化分析

棱柱体明渠水面曲线的分析

8.7非均匀渐变流水面曲线的计算

水面线逐段试算法

9 堰流及闸孔出流

9.1 堰的分类

堰流与闸孔出流界限；薄壁堰；实用堰；宽顶堰

9.2 堰流基本公式

矩形薄壁堰；三角形薄壁堰

9.4 实用堰

曲线型剖面实用堰；折线型实用堰

9.5 宽顶堰

宽顶堰流态；流量计算

9.6 闸孔出流

宽顶堰上的闸孔出流；曲线型实用堰上的闸孔出流

14 恒定平面势流

14.1 恒定流平面势流的流速势及流函数

流函数；流速势；流函数和流速势函数的相互关系

14.3 流网法

流网特性

15 渗流

15.1 渗流的基本概念

水在土壤中的存在形式；土壤的渗流特性；渗流模型

15.2 渗流的基本定律--达西定律

达西定律；内容；适用条件；渗流流态判别；渗透系数及其确定方法

15.4地下河槽中恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流

非均匀渐变渗流、浸润线

18 相似原理及模型试验基础

18.2 相似的概念

几何相似；运动相似；动力相似；边界条件及初始条件相似

18.3 相似准则

重力相似准则；阻力相似准则；粘性阻力相似准则；紊流阻力相似准则

18.4 水力模型试验种类及模型设计

水力模型试验种类；水力模型设计

二、教学大纲说明

1 课程性质与任务

水力学是水利类专业的一门主要技术基础课，其任务是使学生掌握水流运动的一般规律和有关的概念，基本理论、分析方法、水力计算和一定的实验技能；为学习专业课，从事专业工作和进行科学研究打基础。

2先修课程

高等数学，普通物理学、理论力学、材料力学、工程力学等。

3基本要求

z具有一定理论基础，具体包括：

水力学基本概念。

连续方程，能量方程、动量方程

z具有分析、计算实际工程水力学问题的能力

z具有测量水位、压强、流量的操作技能和编写报告能力

4教学方式

课堂讲授为主、习题课、实验课、自习、练习为辅的教学方式。

5大纲内容的重点和深、广度

z一般掌握：大纲中所有部分

z重点：大纲中下划线部分

6学时分配

内容学时习题课

0绪论 1

1液体的主要物理性质 2

2 水静力学7 1

3 水运动学 3

4 水动力学的基本原理10 2

5 液流型态与水头损失8

6 有压管中的恒定流 5

8 明渠中的恒定流12 2

9 堰流及闸孔出流 4

14 恒定平面势流 2

15 渗流 3

18 相似原理及水工模型实验基础 2

总计59 5 三、实践性教学环节

1水力学实验

1.1 课时

水力学实验课10学时

1.2 实验项目

z静水压强实验（必做）

z流线演示实验（必做）

z伯努力方程演示实验（必做）

z动量方程演示实验（必做）

z毕托管测明渠和溢流堰顶流速分布实验（必做）

z文丘里流量计系数测定（必做）

z流动形态的雷诺实验（必做）

z管道沿程阻力系数的测定（选做）

z管道局部阻力系数测定（必做）

z孔口及管咀出流实验（选做）

z水跃实验（选做）

z堰流实验（必做）

z明渠非均匀渐变流水面线衔接演示实验（选做）

z闸坝出流衔接演示（必做）

1.3 基本要求

观察水流现象，验证所学理论，使学生掌握科学试验的方法和操作技能；训练整理实验资料，编写实验报告的能力

1.4 考试

成绩按照平时实验报告的质量给出。

2 水力学课程作业

2.1 基本要求

巩固和加深理解所学的基本概念、理论；培养学生用水力学的理论分析和解决问题的能力；培养计算技能。

2.2 习题数目

在50-60左右。

2.3 习题课

讲解解水力学题的思路、方法、步骤、注意的问题；分析习题中的错误、问题，在授课老师的引导下进行课堂讨论，并解决有关疑难问题。

四、教材

西安理工大学水力学研究所，李建中主编《水力学》，陕西科技出版社，2002年

五、参考书

z吴持恭编《水力学》高等教育出版社，1996年

z许荫椿编《水力学》科学出版社，1990年

z闻德荪编《水力学》高等教育出版社，1990年

z清华大学编《水力学》高等教育出版社，1980年

z椿东一郎编《水力学（1）》高等教育出版社，1987年

z椿东一郎编《水力学（2）》高等教育出版社，1987年

z大连工学院编《水力学习题集》高等教育出版社，1966年

工程水文水力学思考题和计算题(25题思考问答题,20题计算题)

工程水文水力学思考题和计算题一、思考问答 1、水文现象是一种自然现象，它具有什么特性，各用什么方法研究？答：具有确定性（也可说周期性）与随机性，确定性决定了水文现象的相似性，决定了水文现象的随机性。确定性规律用成因分析发研究，随机性规律用数理统计法研究。 1）成因分析法：如降雨径流预报法、河流洪水演算法等。 2）数理统计法：情势预测、预报的方法。如设计年径流计算、设计洪水计算、地区经验公式等。水文计算常常是二种方法综合使用，相辅相成，例如由暴雨资料推求设计洪水，就是先由数理统计法求设计暴雨，再按成因分析法将设计暴雨转化为设计洪水。此外，当没有水文资料时，可以根据水文现象的变化在地区分布上呈现的一定规律（水文现象在各流域、各地区的分布规律）来研究短缺和无资料地区的水文特征值。 2、何谓水量平衡？试叙闭合流域水量平衡方程在实际工作中的应用和意义。答：对任一地区、任一时段进入的水量与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量，这就是水量平衡原理，是水文计算中始终要遵循的一项基本原理。依此，可得任一地区、任一时段的水量平衡方程。对一闭合流域：设P 为某一特定时段的降雨量，E 为该时段内的蒸发量，R 为该时段该流域的径流量，则有：P=R+Ec+△U , △U为该时段流域内的蓄水量，△U=U1+U2。对于多年平均情况，△U ＝0，则闭合流域多年平均水量平衡方程变为：P'=R'+E' 影响水资源的因素十分复杂，水资源的许多有关问题，难于由有关的成因因素直接计算求解，而运用水量平衡关系，往往可以使问题得到解决。因此，

水量平衡原理在水文分析计算和水资源规划的分析计算中有广泛的应用。如利用水量平衡式可以用已知的水文要素推求另外的未知要素。例如：某闭合流域的多年平均降雨量 P'=1020mm ，多年平均径流深R'=420mm，试求多年平均蒸发量E '。E'=P'-R'＝600mm。 3、何谓年径流？它的表示方法和度量单位是什么？径流深度、径流总量、平均流量、径流模数的概念及相互关系。答：一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流。年径流可以用年径流总量W（m3）、年平均流量Q（m3/s）、年径流深R（mm）、年径流模数M（L/(s ﹒km2)）等表示。将计算时段的径流总量，平铺在水文测站以上流域面积上所得的水层厚度，称为径流深度径流总量是指在指定时段Δt通过河流某一断面的总水量。径流模数是单位流域面积上单位时间所产生的径流量。 4、流量的观测与水位流量关系曲线的延长。答：测站测流时，由于施测条件限制或其他种种原因，致使最高水位或最低水位的流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量关系曲线作高、低水部分的外延，才能得到完整的流量过程。 1）根据水位面积、水位流速关系外延：河床稳定的测站，水位面积、水位流速关系点常较密集，曲线趋势较明确，可根据这两根线来延长水位流量关系曲线。 2）根据水力学公式外延：此法实质上与上法相同，只是在延长Z～V曲线时，利用水力学公式计算出需要延长部分的V值。最常见的是用曼宁公式计算出需要延长部分的V值，并用平均水深代替水力半径R。由于大断面资料已知，因此关键在于确定高水时的河床糙率n和水面比降I。 3）水位流量关系曲线的低水延长：低水延长常采用断流水位法。所谓断流水位是指流量为零时的水位，一般情况下断流水位的水深为零。此法关键在于如何确定断流水位，最好的办法是根据测点纵横断面资料确定。 5、流域平均降水量的计算方法。

工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论

工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论实验一流体静力学实验验原理重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 (1.1) 中： z被测点在基准面的相对位置高度； p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0水箱中液面的表面压强； γ液体容重； h被测点的液体深度。对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系： (1.2) 此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。验分析与讨论同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根。当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。，相应容器的真空区域包括以下三部分：

)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真。 )同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛由下式计算中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普管小。如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？

工程水文水力学选择题(74道题)答案

工程水文水力学选择题 1. 液体某点的绝对压强为58kN/m 2 ，则该点的相对压强为( D ) ? A. 159.3kN/m 2 ? B. 43.3kN/m 2 ? C. －58kN/m 2 ? D. －43.3kN/m 2 . 2. 恒定流就是( B ) ? A. 同一断面各点的流速均相等的流动 ? B. 任一点的运动要素不随时间而变化的流动 ? C. 流态沿流程不变的流动 ? D. 运动要素沿流程不变的流动 3. 伯努利方程中表示（ C ） ? A. 单位重量流体的势能 ? B. 单位重量流体的动能 ? C. 单位重量流体的机械能 ? D. 单位质量流体的机械能 4. 明渠均匀流的特征是( A )。 ? A. 断面面积、壁面粗糙度沿流程不变 ? B. 流量不变的长直渠道 ? C. 底坡不变、粗糙度不变的长渠 ? D. 水力坡度、水面坡度、河底坡度皆相等 5. 一垂直立于水中的矩形平板闸门，门宽4m ，门前水深2m ，该闸门所受静水总压力为( )，压力中心距自由液面的铅直距离为( B )。 ? A. 60kPa ，1m ? B. 78.4kN ， ? C. 85kN ，1.2m ? D. 70kN ，1m 6. 当动能校正系数α=1.0意味着过水断面上( ) ? A. 点流速均相等 ? B. 流速分布呈抛物线分布 ? C. 流速分布呈对数分布 ? D. 过水断面上各点流速大小不等 7. 在紊流中( C ) ? A. 液体质点作有秩序的运动 ? B. 一层液体在另一层液体上滑动 ? C. 液体质点作不规则运动 ? D. 粘滞性的作用比动量交换的作用更大 8. 平衡液体中的等压面必为 ( D ) ? A. 水平面 ? B. 斜平面 ? C. 旋转抛物面 2 2p v z g αγ++

工程流体力学(水力学)闻德第五章-实际流体动力学基础课后答案

工程流体力学闻德课后习题答案第五章实际流体动力学基础 5—1设在流场中的速度分布为u x =2ax ，u y =-2ay ，a 为实数，且a >0。试求切应力τxy 、τyx 和附加压应力p ′x 、p ′y 以及压应力p x 、p y 。解：0y x xy yx u u x y ττμ??? ?==+= ????? 24x x u p a x μμ?'=-=-?，24y y u p a y μμ?'=-=?， 4x x p p p p a μ'=+=-，4y y p p p p a μ'=+=+ 5－2 设例５－1中的下平板固定不动，上平板以速度v 沿x 轴方向作等速运动（如图所示），由于上平板运动而引起的这种流动，称柯埃梯（Couette ）流动。试求在这种流动情况下，两平板间的速度分布。（请将 d 0d p x =时的这一流动与在第一章中讨论流体粘性时的流动相比较）解：将坐标系ox 轴移至下平板，则边界条件为 y ＝０，0X u u ==；y h =，u v =。由例５－1中的（11）式可得 2d (1)2d h y p y y u v h x h h μ=- - （１）当d 0d p x =时，y u v h =，速度ｕ为直线分布，这种特殊情况的流动称简单柯埃梯流动或简单剪切流动。它只是由于平板运动，由于流体的粘滞性带动流体发生的流动。当 d 0d p x ≠时，即为一般的柯埃梯流动，它是由简单柯埃梯流动和泊萧叶流动叠加而成，速度分布为 (1)u y y y p v h h h =-- （２）式中2d ()2d h p p v x μ= - （３）当p ＞０时，沿着流动方向压强减小，速度在整个断面上的分布均为正值；当p ＜０时，沿流动方向压强增加，则可能在静止壁面附近产生倒流，这主要发生p ＜－１的情况． 5－3 设明渠二维均匀（层流）流动，如图所示。若忽略空气阻力，试用纳维—斯托克斯方程和连续性方程，证明过流断面上的速度分布为2sin (2)2 x g u zh z ，单宽流量 3 sin 3 gh q 。

工程流体水力学第四章习题答案

第四章理想流体动力学和平面势流答案 4－1 设有一理想流体的恒定有压管流，如图所示。已知管径12 1 2 d d =，2 1 2 d D =，过流断面1-1处压强p1>大气压强p a。试按大致比例定性绘出过流断面1-1、2-2间的总水头线和测压管水头线。解：总水头线、测压管水头线，分别如图中实线、虚线所示。 4－2 设用一附有液体压差计的皮托管测定某风管中的空气流速，如图所示。已知压差计的读数h＝150mmH2O，空气的密度ρa =1.20kg/m3，水的密度ρ =1000kg/m3。若不计能量损失，即皮托管校正系数c=1，试求空气流速u0。解：由伯努利方程得 2 00 2 s a a p u p g g g ρρ += a 2() s p p u g g ρ - =（1）式中 s p为驻点压强。由压差计得 0s p gh p ρ += s p p gh ρ -=（2）联立解（1）（2）两式得 a a 1000 2229.80.15m/s49.5m/s 1.2 gh h u g g g ρρ ρρ ===???= 4－3 设用一装有液体（密度ρs=820kg/m3）的压差计测定宽渠道水流中A点和B点的流速，如图所示。已知h1 =1m，h2 =0.6m，不计能量损失，试求A点流速u A和B点流速u B。水的密度ρ=1000kg/m3。

解：（1）1229.81m/s 4.427m/s A u gh ==??= （2）由伯努利方程可得 22A A A u p h g g ρ+= （1） 22B B B u p h g g ρ+= （2）式中A h 、A p 和B h 、B p 分别为A 点和B 点处的水深和驻点压强。由（1）、（2）式可得 2222A B A B A B p p u u h h g g g ρ-=+-- （3）由压差计得，22ρρρρ--++=A A s B B p gh gh gh gh p ，所以 220.82A B A B p p h h h h g ρ-=+-- (4) 由（3）式、（4）式得 222 2 4.427(10.82)0.6(10.82)0.8922229.8 B A u u h g g =--=--=? 29.80.892m/s 4.18m/s B u =??=。 4－4 设有一附有空气－水倒U 形压差计装置的皮托管，来测定管流过流断面上若干点的流速，如图所示，已知管径d =0.2m ，各测点距管壁的距离y 及其相应的压差计读数h 分别为：y =0.025m ，h =0.05m ；y =0.05m ，h =0.08m ；y =0.10m ，h =0.10m 。皮托管校正系数c =1.0，试求各测点流速，并绘出过流断面上流速分布图。解：因2u c gh =，所以 112129.80.05m/s 0.99m/s u c gh ==???= 222129.80.08m/s 1.25m/s u c gh ==???= 332129.80.10m/s 1.40m/s u c gh ==???= 过流断面上的流速分布如图所示。 4－5 已知2222 ,,0,x y z y x u u u x y x y -===++试求该流动的速度势函数，并检查速度势函数是否满足拉普拉斯方程。解：(1)在习题3－19中，已判别该流动为有势流，所以存在速度势函数Φ。

西南大学网络教育学院年月土木工程专业《水力学》大作业试卷及答案

西南大学网络与继续教育学院 [0744]《水力学》课程类型：专业选修课考试方式：大作业单项选择题 1、流线和迹线重合的条件为（）。 1. F. 非恒定均匀流 2.恒定流 3.非恒定流 4.缓流 2、相对压强是指该点的绝对气压与_______ 的差值。（） 1.真空压强； 2.当地大气压； 3.标准大气压； 4.工程大气压。 3、S2 型水面曲线是发生在 ( )

1. 陡坡渠道中的急流 2.缓坡渠道中的缓流 3. 陡坡渠道中的缓流 4. 缓坡渠道中的急流 4、流体运动的连续性方程是根据（）原理导出的。 1.能量守恒 2.力的平衡 3.动量守恒 4.质量守恒 5、在明渠渐变流中 ( ) 1.总水头线一定平行于底坡线 2.测压管水头线与自由水面一致 3.总水头线与自由水面相重合 4.水面线与底坡线平行 6、共轭水深是指（）

1. 临界水深 2. 溢流坝下游水流收缩断面水深 3. 水跃的跃前水深与跃后水深 4. 均匀流水深 7、当圆管中流体作层流流动时，动能修正系统α等于（） 1. 2 2. 2000 3. 3 4. 1 8、在平衡液体中，质量力与等压面 1. 平行； 2. 正交。 3. 无法判断 4. 重合； 9、压力中心是 ( )

1. 压力体的中心 2.淹没面积的中心 3. 总压力的作用点 4.受压面的形心 10、连续介质假设认为流体（）连续。 1.在微观上 2.原子间 3.分子间 4.在宏观上 11、液体只受重力作用，则静止液体中的等压面是（）。 1.任意曲面 2.斜平面 3.水平面 4.旋转抛物面 12、总流伯努利方程适用于（）。

工程流体力学课件

流体力学绪论第一章流体的基本概念第二章流体静力学第三章流体动力学第四章粘性流体运动及其阻力计算第五章有压管路的水力计算第六章明渠定常均匀流第九章泵与风机绪论一、流体力学概念流体力学——是力学的一个独立分支，主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。 1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。研究内容：研究得最多的流体是水和空气。 1、流体静力学：关于流体平衡的规律，研究流体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于流体上的各种力之间的关系； 2、流体动力学：关于流体运动的规律，研究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运动要素之间的关系，以及流体的运动特征与能量转换等。基础知识：主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程（反映物质宏观性质的数学模型）和物理学、化学的基础知识。二、流体力学的发展历史

流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的马人建成了大规模的供水管道系统等等。流体力学的萌芽：距今约2200年前，希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文，他对静止时的液体力学性质作了第一次科学总结。建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。此后千余年间，流体力学没有重大发展。 15世纪，意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。流体力学的主要发展： 17世纪，力学奠基人牛顿（英）在名著《自然哲学的数学原理》（1687年）中讨论了在流体中运动的物体所受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。使流体力学开始成为力学中的一个独立分支。但是，牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础，他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。之后，皮托（法）发明了测量流速的皮托管；达朗贝尔（法）对运动中船只的阻力进行了许多实验工作，证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系；瑞士的欧拉采用了连续介质的概念，把静力学中压力的概念推广到运动流体中，建立了欧拉方程，正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动；伯努利（瑞士）从经典力学的能量守恒出发，研究供水管道中水的流动，精心地安排了实验并加以分析，得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动力学作为一个分支学科建立的标志，从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。从18世纪起，位势流理论有了很大进展，在水波、潮汐、涡旋运动、声学等方面都阐明了很多规律。法国拉格朗日对于无旋运动，德国赫尔姆霍兹对于涡旋运动作了不少研究……。在上述的研究中，流体的粘性并不起重要作用，即所考虑的是无粘性流体。这种理论当然阐明不了流体中粘性的效应。 19世纪，工程师们为了解决许多工程问题，尤其是要解决带有粘性影响的问题。于是他们部分地运用流体力学，部分地采用归纳实验结果的半经验公式进行研究，这就形成了水力学，至今它仍与流体力学并行地发展。1822年，纳维（法）建立了粘性流体的基本运动方程；1845年，斯托克斯

工程流体力学及水力学实验报告(实验总结)

工程流体力学及水力学实验报告实验分析与讨论 1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2.当P B <0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。，相应容器的真空区域包括以下三部分： (1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。 (2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 (3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ 。最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h 0，由式，从而求得γ 。 4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm， =0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有(h、d单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普通玻璃管小。如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5.过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。 6.用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由c进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与c点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒

工程水力学作业

课程名称：工程水力学

我国目前高坝泄洪消能设计的主要形式 1. 引言泄洪消能是高坝建设中非常突出的关键性技术问题，根据实际工程资料统计，其造价约为总造价的40%到50%，因此合理的选择泄水建筑物的型式及消能设施是关系到整个水利水电工程安全与经济的重要问题。目前常用的消能形式大概可概括为：底流消能、戽流消能、挑流消能、坝顶跌流水垫塘消能、大差动对冲消能、窄缝挑流消能、宽尾墩底流消能、压力洞内消能、分流墩底流消能、台阶式坝面消能以及一些组合式消能工。 2. 国内外主要的消能工形式介绍 2.1挑流式消能工挑流式消能工是在泄水建筑物的末端采用鼻坎将泻出的高速水流导向离建筑物较远的下游位置，使水流的能量在下游水垫和空中消能。由于挑流式消能工一般不需要在下游河床修建保护工程，因而工程量小，节省投资；同时设计施工简便，运行也可靠，因此在国内外得到了广泛的应用。 2.1.1关于挑流式消能工的挑距问题实践表明，无论是挑坎末端到下游水面的水平射距还是到最大冲深点的水平射距，按照抛射体理论计算值与实测值都存在一定差异，其原因一般认为有以下几个方面：首先抛射体理论假定挑坎的流速分布是均匀的，而实际上水舌并非一个质点，其垂直分布也并非均匀。其次，坝面流速系数φ对射距的影响较大，而影响φ的因素很多，目前还难以由理论求解，只能凭经验选定。再次，坎唇高度（即反弧段最低点到挑坎顶的高度）是否足以使水流按照要求转向挑出，对射距也有一定的影响。最后，挑流水舌在下游水垫内的淹没射流扩散规律比较复杂，目前还没有准确的计算方法可循。鉴于上述的特点，为了尽可能获得接近实际的射距计算公式，国内外许多学者从经验方法入手，提出来一些估算式如下：当下游水位与坎顶高程相同或者接近的情况下，θ为45度时射距最大，这是符合抛射理论的，同时低挑坎选择较大挑角就是这个原因。而当下游水位与坎顶高程相差较大的情况下，最优挑角的选定与相对坎高及流速系数或挑流系数有关，有些研究[1]试验认为考虑了射距与冲坑深度两因素后，最优挑角为10度到15度，并认为小挑角不仅对工程的结构设计有利，而且可减少鼻坎处的起挑流量；还有一些研究[2]通过优选法确定连续挑坎的最优挑角为14度到17度，因此关于最优挑角的问题，还应进一步考虑功能多因素进行深入

水力学工程流体力学

水力学工程流体力学实验指导书及实验报告专业农田水利班级学号姓名河北农业大学城乡建设学院水力学教研室

目录（一）不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验 (1) （二）不可压缩流体恒定流动量定律实验 (4) （三）雷诺实验 (8) （四）文丘里实验 (10) （五）局部水头损失实验 (14) （六）孔口与管嘴出流实验 (18)

（一）不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验一．实验目的要求： 1.掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验两侧技术； 2.验证恒定总流的能量方程； 3.通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性。二．实验装置：本实验的装置如图1.1所示，图中： 1.自循环供水器； 2.实验台； 3.可控硅无级调速器； 4.溢流板； 5.稳水孔板； 6.恒压水箱； 7.测压计； 8.滑动测量尺； 9.测压管；10.实验管道；11.测压点；12.毕托管；13.实验流量调节阀。三．实验原理：

在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面，可以列出进口断面（1）至断面（i ）的能量方程式（2,3,,i n =??????） 1i z + +=z +++22 1 1 1122i i i w i p v p v h g g 取121n a a a ==???=，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出z+ p 值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v 及2 2v g ，从而即可得到各断面测管水头和总水头。四．实验方法与步骤： 1.熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。 2.打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平（开关几次）。 3．打开阀13，观察测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测管水头的变化情况。 4.调节阀13开度，待流量稳定后，侧记各测压管液面读数，同时测记实验流量（与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数）。 5.再调节阀13开度1～2次，其中一次使阀门开度最大（以液面降到标尺最低点为限），按第4步重复测量。五．实验成果及要求：实验台号No 1.把有关常数记入表1.1 表1.1 有关常数记录表水箱液面高程0?= cm,上管道轴线高程s ?= cm 。注：（1）打“＊”者为毕托管测点（测点编号见图1.2）（2）2、3为直管均匀流段同一断面上的二个测压点，10、11为弯管非均匀流段同一断面上的二个测点。 2.量测（z+ p ）并记入表1.2。

工程水文水力学思考题..

工程水文水力学思考题和计算题工程水文学复习题 1、水文现象是一种自然现象，它具有什么特性，各用什么方法研究？【具有确定性（也可说周期性）与随机性，确定性决定了水文现象的相似性，决定了水文现象的随机性。确定性规律用成因分析发研究，随机性规律用数理统计法研究。 1）成因分析法: 情势的方法。如降雨径流预报法、河流洪水演算法等。 2）数理统计法：进行水文情势预测、预报的方法。如设计年径流计算、设计洪水计算、地区经验公式等。水文计算常常是二种方法综合使用，相辅相成，例如由暴雨资料推求设计洪水，就是先由数理统计法求设计暴雨，再按成因分析法将设计暴雨转化为设计洪水。此外，当没有水文资料时，可以根据水文现象的变化在地区分布上呈现的一定规律（水文现象在各流域、各地区的分布规律）来研究短缺和无资料地区的水文特征值。】 2、何谓水量平衡？试叙闭合流域水量平衡方程在实际工作中的应用和意义。 3、何谓年径流？它的表示方法和度量单位是什么？径流深度、径流总量、平均流量、径流模数的概念及相互关系。【一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流。年径流可以用年径流总量W （m3）、年平均流量Q（m3/s）、年径流深R（mm）、年径流模数M（L/(s﹒km2)）等表示。】 4、流量的观测与水位流量关系曲线的延长。【测站测流时，由于施测条件限制或其他种种原因，致使最高水位或最低水

位的流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量关系曲线作高、低水部分的外延，才能得到完整的流量过程。 1）根据水位面积、水位流速关系外延：河床稳定的测站，水位面积、水位流速关系点常较密集，曲线趋势较明确，可根据这两根线来延长水位流量关系曲线。 2）根据水力学公式外延：此法实质上与上法相同，只是在延长Z～V曲线时，利用水力学公式计算出需要延长部分的V值。最常见的是用曼宁公式计算出需要延长部分的V值，并用平均水深代替水力半径R。由于大断面资料已知，因此关键在于确定高水时的河床糙率n和水面比降I。 3）水位流量关系曲线的低水延长：低水延长常采用断流水位法。所谓断流水位是指流量为零时的水位，一般情况下断流水位的水深为零。此法关键在于如何确定断流水位，最好的办法是根据测点纵横断面资料确定。】 5、流域平均降水量的计算方法。 6、如何绘制累积频率曲线？设计频率标准如何确定？ 7、经验频率曲线的绘制方法【根据实测水文资料，按从大到小的顺序排列，如下左图所示，然后用经验频率公式计算系列中各项的频率，称为经验频率。以水文变量x为纵坐标，以经验频率p为横坐标，点绘经验频率点据，根据点群趋势绘出一条平滑的曲线，称为经验频率曲线，下右图为某站年最大洪峰流量经验频率曲线。有了经验频率曲线，即可在曲线上求得指定频率p的水文变量值Xp。

工程流体力学(水力学)闻德第五章-实际流体动力学基础课后答案

带动流体发生的流动。当d 0d p x ≠时，即为一般的柯埃梯流动，它是由简单柯埃梯流动和泊萧叶流动叠加而成，速度分布为 (1)u y y y p v h h h =-- （２）式中 2d () 2d h p p v x μ=- （３）当p ＞０时，沿着流动方向压强减小，速度在整个断面上的分布均为正值；当p ＜０时，沿流动方向压强增加，则可能在静止壁面附近产生倒流，这主要发生p ＜－１的情况． 5－3 设明渠二维均匀（层流）流动，如图所示。若忽略空气阻力，试用纳维—斯托克斯方程和连续性方程，证明过流断面上的速度分布为 2sin (2) 2x g u zh z r q m =-，单宽流量 3 sin 3gh q r q m =。

工程水力学复习资料

工程水力学复习要点液体的主要物理性质连续介质、密度、粘滞性、压缩性、表面张力一、水跃复习要点 1.棱柱体水平明渠的水跃方程 2.共轭水深的计算 3.水跃跃长的计算 1、一、水跃的概念水跃（hydraulic jump）：是明槽水流从急流状态过渡到缓流状态时水面突然跃起的局部水力现象。水跃的分区旋滚区：水跃区域的上部呈饱搀空气的表面旋滚似的水涡。主流区：水跃区域下部为在铅直平面内急剧扩张前进的水流。水跃区的几个要素跃前水深——跃前断面（表面旋滚起点所在过水断面）的水深；跃后水深——跃后断面（表面旋滚终点所在过水断面）的水深；水跃高度a=h“-h’水跃长度——跃前断面与跃后断面之间的距离二、水跃的基本方程 1. 水跃函数

2.水跃的基本方程式中、分别为跃前水深、跃后水深，称为共轭水深，即对于某一流量Q，具有相同的水跃函数的那两个水深，即为共轭水深三、水跃的形式临界水跃：当时，水跃的跃首刚好发生在收缩断面上，跃后水深等于下游水深，称为临界水跃。远离式水跃：当时，水跃发生在收缩断面之后，跃后水深大于下游水深，称为远离式水跃。淹没水跃：当时，当下游水深大于临界水跃的跃后水深时，水跃淹没收缩断面，称为淹没水跃。二、堰流及闸孔出流复习要点 1、概述堰和堰流：无压缓流经障壁溢流时,上游发生壅水,然后水面跌落,这一局部水力现象称为堰流（Weir Flow）;障壁称为堰。堰流的基本特征量 1.堰顶水头H；

2.堰宽b； 3.上游堰高P、下游堰高P1； 4.堰顶厚度δ； 5.上、下水位差z； 6.堰前行近流速υ0。堰的分类堰流及孔流的界限堰流：当闸门启出水面，不影响闸坝泄流量时。孔流：当闸门未启出水面，以致影响闸坝泄流量时。堰流和孔流的判别式 2、堰流的基本公式式中:m——堰流流量系数，m= 堰流公式式中: ——淹没系数，≤1.0； ——侧收缩系数，≤1.0 。 m0——计及行近流速的流量系数。

工程流体力学水力学禹华谦章习题解答样本

第一章绪论 1-1．20℃的水2.5m 3, 当温度升至80℃时, 其体积增加多少? [解] 温度变化前后质量守恒, 即2211V V ρρ= 又20℃时, 水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时, 水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=? 1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时, 运动粘度ν增加15%, 重度γ减少10%, 问此时动力粘度μ增加多少( 百分数) ? [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+== 原原原μρν035.1035.1== 035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμ 此时动力粘度μ增加了3.5% 1-3．有一矩形断面的宽渠道, 其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=, 式中ρ、 μ分别为水的密度和动力粘度, h 为水深。试求m h 5.0=时渠底( y =0) 处的切应力。 [解] μρ/)(002.0y h g dy du -= )(002.0y h g dy du -==∴ρμ τ 当h =0.5m, y =0时 )05.0(807.91000002.0-??=τ Pa 807.9= 1-4．一底面积为45×50cm 2, 高为1cm 的木块, 质量为5kg, 沿涂有润滑油的

斜面向下作等速运动, 木块运动速度u=1m/s, 油层厚1cm, 斜坡角22.620 ( 见图示) , 求油的粘度。 [解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时, 等速下滑 y u A T mg d d sin μθ== 001 .0145.04.062.22sin 8.95sin ????==δθμu A mg s Pa 1047.0?=μ 1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况, 试根据牛顿内摩擦定律y u d d μ τ=, 定性绘出切应力沿y 方向的分布图。 [解] 第二章流体静力学 2-1．一密闭盛水容器如图所示, U 形测压计液面高于容器内液面h=1.5m, 求

工程水力学论文

新型消能工的发展与工程应用摘要：结合工程实践经验，基于前人的研究，分析和总结一些新型消能工的原理、优缺点和应用范围，开阔视野并积累工程经验，为今后的规划设计工作提供参考和依据。关键词：新型消能工工程应用 The Development And Engineering Application Of New Energy Dissipator ABSTRACT：Combined with engineering practice experience, based on the predecessors' research, analyzed and sunnarized some new type of energy dissipat or’s advantages, disadvantages and application scope to expend my horizon and enrich my engineering experience, and then provide reference and basis for future planning and design work. KEY WORDS: New Energy Dissipator Engineering Application 1 概述水电作为可再生能源，相比其他能源具有许多优势。而我国河流众多，径流丰沛、落差巨大，水能资源蕴藏量十分丰富，全国水能资源理论蕴藏量6.94亿kW，约占全世界水能资源总量的1/6，居世界第一位，其中技术可开发量5.42亿kW，经济可开发量4.02亿kW，但水能资源地域分布不均，70%的水能资源集中于西南地区（见图1）。然而西南地区河流洪峰流量大、河谷狭窄、泄流单宽流量大、河道蜿蜒曲折，因此泄水建筑物与其他建筑物的布置矛盾较为突出，传统消能工在本区域工程的应用中出现了许多问题。经过水利工作者艰苦不懈的努力，许多新型消能工应用于不同的工程，并经过工程实践后得以验证其消能效果，为今后工程的实施积累了宝贵的经验。

哈工大建筑工业出版社伍悦滨工程流体力学(水力学)课后习题答案

第一章 1、2 kg 19.6 N 2、900 kg/m 3 3、3.5 % 4、1.0 N 5、0.05 Pa ?s 6、4.3×10-5 N 7、39.5 N ?m 8、0.026 % 9、0.51×10-9 Pa -1 1.96×109 Pa 10、0.2 m 3 11、533×105 Pa 12、435.44 kPa 第二章 1、14994 Pa 2、-5880 Pa 3、352.8 kN ，275.4 kN 4、37.7 kPa ，29.6 kN 5、362.8 kPa 6、22.7kPa 7、p=p 0 8、1.63m/s 2 9、18.67 rad/s 10、2462N 竖直向下， 3977N 竖直向上 12、31kN 13、88.3kN 距水底1.5m 14、距液面1.56m 15、距液面1.414m 2.586m 16、23.45kN ，20o 17 、12 2 3x z P gh P ρρ==18、153.85kN ，0，0 19、28.85kN ，2.56 kN 20、0.114 21、不能 22、0.48m 第三章 1、35.86 m/s 2 2、36.27m/s 2二元/恒定 /非均匀流 3、ay-bx=c 4、x 2+y 2=c 5、3x -2y =3 6、y =0.242r 0 7、1,3不满足2满足 8、u x =-2xy -2x +f (y ) 9、4max 3Q bu = 10、18.05m/s, 22.25m/s 11、8.16 2.04 0.51 16.32 4.08 1.02 4.08 1.02 0.255 12、0.228kg/s 9.83m/s 13、4.77 m/s 14、0.158d 0.274d 0.354d 0.418d 0.474d ()21234520d u u u u u πρ++++ 15、0.056 m 16、300 mm 1.18m/s 17、Q 1/Q 2=0.28 18、2.64 kg/m 3 19、0xx yy zz εεε=== 0 xy yx z a εεω=== 有旋无角变形 ()() 2222222 2 222 0 xx yy zz xy z y x cxy cxy x y x y c y x x y εεεεωωω-== =++-= ===+ 无旋有角变形第四章 1、10.9 L/s 2、1.87m 3、235.5mm 4、0.8m B →A 5、3.85m/s 4.34m/s 6、12.7 L/s 7、11.8m 79.0kPa 8、68.1 -0.48 -20.1 0 kPa 9、1.23m 10、8.22 L/s 428mm 11、1.5 m 3/s 12、-64.5Pa 967.5Pa 13、143.24kN 14、25.05 L/s,8.35 L/s 1.97 kN 15、3.26kN ，5.26kN 16、2.322kN 17、527N 18、8.5 m 3/s, 22.42kN 19、98.35kN, 120.05kN 20、2509W 21、2 2y x x y ψ?=-=+ ()220.5 x y ψ?=+不存在 ψ?、均不存在 ()2322 21 3322 y x x y x xy y x ψ?=+- =+--220.2ln 0.0285m/s 20.2ln 0.142m/s 2r r u r u θθψπθ?π -==+== 23、210 y ψ?=不存在 24() ()()222 2 2 2 2 2 224 x y y c x y x y xy u u x y x y ψ=+++= = -- 2522 32223 2 x y x y x y u x u y ?=---=-=-- 26、0 1/r u u r θ== 27000arctan 2 0 22s q y U y x q q x U y U ψπθππ =- =-= 第五章 1、S=kgt 2 2、N=kM ω 5 、Q μ= 6、5m,0.034 L/s,1.3m 7、2.26 m 3/s 8、1m,14 kN 9、74.7Pa,-35.6Pa 10、150min 11、8320kN 12、17.93 L/s,3.6m 13、54min 14、2.5KN ，17.7kw 15、1932s 16、7.61，1236N

工程流体水力学第四章习题答案

第四章理想流体动力学和平面势流答案 4－1 设有一理想流体的恒定有压管流，如图所示。已知管径1212d d = ，21 2 d D =，过流断面1-1处压强p 1>大气压强p a 。试按大致比例定性绘出过流断面1-1、2-2间的总水头线和测压管水头线。解：总水头线、测压管水头线，分别如图中实线、虚线所示。 4－2 设用一附有液体压差计的皮托管测定某风管中的空气流速，如图所示。已知压差计的读数h ＝150mmH 2O ，空气的密度ρa =1.20kg/m 3，水的密度ρ =1000kg/m 3。若不计能量损失，即皮托管校正系数c =1，试求空气流速u 0。解：由伯努利方程得 2002s a a p u p g g g ρρ+= 0 0a 2( )s p p u g g ρ-= （1）式中s p 为驻点压强。由压差计得 0s p gh p ρ+= 0s p p gh ρ-= （2）联立解（1）（2）两式得 0a a 1000 2229.80.15m/s 49.5m/s 1.2 gh h u g g g ρρρρ===???= 4－3 设用一装有液体（密度ρs =820kg/m 3）的压差计测定宽渠道水流中A 点和B 点的流速，如图所示。已知h 1 =1m ，h 2 =0.6m ，不计能量损失，试求A 点流速u A 和B 点流速u B 。水的密度ρ =1000kg/m 3。解：（1）1229.81m/s 4.427m/s A u gh ==??= （2）由伯努利方程可得

22A A A u p h g g ρ+= （1） 22B B B u p h g g ρ+= （2）式中A h 、A p 和B h 、B p 分别为A 点和B 点处的水深和驻点压强。由（1）、（2）式可得 22 22A B A B A B p p u u h h g g g ρ-=+-- （3）由压差计得，22ρρρρ--++=A A s B B p gh gh gh gh p ，所以 220.82A B A B p p h h h h g ρ-=+-- (4) 由（3）式、（4）式得 22 2 2 4.427(10.82)0.6(10.82)0.8922229.8 B A u u h g g =--=--=? 29.80.892m/s 4.18m/s B u =??=。 4－4 设有一附有空气－水倒U 形压差计装置的皮托管，来测定管流过流断面上若干点的流速，如图所示，已知管径d =0.2m ，各测点距管壁的距离y 及其相应的压差计读数h 分别为：y =0.025m ，h =0.05m ；y =0.05m ，h =0.08m ；y =0.10m ，h =0.10m 。皮托管校正系数c =1.0，试求各测点流速，并绘出过流断面上流速分布图。解：因2u c gh =，所以 112129.80.05m/s 0.99m/s u c gh ==???= 222129.80.08m/s 1.25m/s u c gh ==???= 332129.80.10m/s 1.40m/s u c gh ==???= 过流断面上的流速分布如图所示。 4－5 已知2222 ,,0,x y z y x u u u x y x y -= ==++试求该流动的速度势函数，并检查速度势函数是否满足拉普拉斯方程。解：(1)在习题3－19中，已判别该流动为有势流，所以存在速度势函数Φ。 2222d d d d d x y y x u x u y x y x y x y -Φ=+= +++22 2d d 1d()1()y x x y y y x y x x -+==++