工程流体力学水力学禹华谦章习题解答样本
工程流体力学水力学--禹华谦-章习题解答
， ,
在液面上为大气压，
2-12．如图所示盛水U形管，静止时，两支管水面距离管口均为h，当U形管绕OZ轴以等角速度ω旋转时，求保持液体不溢出管口的最大角速度ωmax.
［解］由液体质量守恒知,管液体上升高度与管液体下降高度应相等，且两者液面同在一等压面上，满足等压面方程：
液体不溢出，要求 ，
[证明]形心坐标
则压力中心的坐标为
当 ,闸门自动打开，即
第三章流体动力学基础
3—1．检验 不可压缩流体运动是否存在？
[解]（1）不可压缩流体连续方程
（2）方程左面项
； ；
（2)方程左面=方程右面,符合不可压缩流体连续方程，故运动存在。
3—2．某速度场可表示为 ，试求：（1）加速度;（2)流线;（3)t= 0时通过x=-1，y=1点的流线；(4)该速度场是否满足不可压缩流体的连续方程？
80℃时，水的密度
则增加的体积为
1—2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度 增加15％，重度 减少10％,问此时动力粘度 增加多少（百分数）？
［解]
此时动力粘度 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 ，式中 、 分别为水的密度和动力粘度, 为水深。试求 时渠底（y=0)处的切应力。
[解］左侧水作用于闸门的压力：
右侧水作用于闸门的压力：
2—8．一扇形闸门如图所示，宽度b=1.0m，圆心角 =45°，闸门挡水深h=3m，试求水对闸门的作用力及方向
［解］水平分力:
压力体体积：
铅垂分力：
合力:
方向：
2-9．如图所示容器，上层为空气,中层为 的石油，下层为 的甘油,试求：当测压管中的甘油表面高程为9。14m时压力表的读数。
工程流体力学 禹华谦 习题答案 第9章
第九章 堰流与闸孔出流9.1堰流的类型有哪些？它们有哪些特点？答：堰流分作薄壁堰流、实用堰流、宽顶堰流三种类型。
薄壁堰流的特点：当水流趋向堰壁时，堰顶下泄的水流形如舌状，不受堰顶厚度的影响，水舌下缘与堰顶只有线接触，水面呈单一的降落曲线。
实用堰流的特点：由于堰顶加厚，水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受到堰顶的约束和顶托，越过堰顶的水流主要还是在重力作用下自由跌落。
宽顶堰流的特点：堰顶厚度对水流的顶托作用已经非常明显。
进入堰顶的水流，受到堰顶垂直方向的约束，过流断面逐渐减小，流速增大，在进口处形成水面跌落。
此后，由于堰顶对水流的顶托作用，有一段水面与堰顶几乎平行。
9.2堰流计算的基本公式及适用条件？影响流量系数的主要因素有哪些？答：堰流计算的基本公式为23s Hg 2mbQ εσ=，适用于矩形薄壁堰流、实用堰流和宽顶堰流。
影响流量系数m 的主要因素有局部水头损失、堰顶水流垂向收缩的程度、堰顶断面的平均测压管水头与堰上总水头之间的比例关系。
9.3 用矩形薄壁堰测量过堰流量，如何保证较高的测量精度？ 答：（1）上游渠宽与堰宽相同，下游水位低于堰顶；（2）堰顶水头不宜过小，一般应使H>2.5m ，否则溢流水舌受表面张力作用，使得出流不稳定；（3）水舌下面的空气应与大气相通，否则溢流水舌把空气带走，压强降低，水舌下面形成局部真空，会导致出流不稳。
9.4 基本的衔接与消能措施有哪几种？各自的特点是什么？ 答：基本的衔接与消能措施有底流消能，挑流消能，面流消能。
底流消能：底流消能就是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃的发生位置，通过水跃产生的表面旋滚的强烈紊动以达到消能的目的。
挑流消能：在泄水建筑物末端设置挑流坎，因势利导将水股挑射入空气中，使水流扩散并与空气摩擦，消耗部分动能，然后当水股落入水中时，又在下游水垫中冲击、扩散，进一步消耗能量。
面流消能：当下游水深较大而且比较稳定时，可将下泄的高速水流导向下游水流的表层，主流与河床之间被巨大的底部旋滚隔开，可避免高速水流对河床的冲刷。
工程流体力学水力学--禹华谦-章习题解答
工程流体力学(水力学)——禹华谦—章习题解答--—-—-—-—-————-———————————-—————作者: -——--————----—-————-———--—-—————日期: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 321125679.2m 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 dydu-==∴ρμτ 当h =0.5m ，y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 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.uθδ[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑yu AT mg dd sin μθ== 001.0145.04.062.22sin 8.95sin ⨯⨯⨯⨯==δθμu A mg s Pa 1047.0⋅=μ1-5．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yud d μτ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。
《工程流体力学(水力学)》第二版 禹华谦 课后习题答案 西南交通大学出版社
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《水力学》李炜徐孝平主编 2000 年 6 月武汉水利电力大学出版社共 12 章全部习题的解答第一章1-1 解:3 3 3ρ 1.03g cm 1030kg m , 比重s 1.03, γ 10.094kN m1-2 解:2γ9789N /m3ρ 998.88kg m ,g 9.8?3 2μ gμ9.8 ×1.002 ×10 N ?S /m?6 2ν 1.003 ×10 m /sργ 9789?4γ11.82 × 0.15 ×10?5 2以上为水,以下为空气μρνν 1.089 ×10 N ?S /m g 9.81-3 解:d ν9 7dp ?K ?2.19 ×10 × ?1% 2.19 ×10 Pav1-4 解:3 3γ G v 0.678 /10 678kgf /m①用工程单位制:2 4ργ g 678 / 9.8 69.18kgfs /mγγ ×9.8N kgf 6644.4N m②用国单位制: (SI 制) :3ργ g 678kg m1-5 解:du u 1.531流速梯度 3.75 ×10 3sdy δ 0.4 ×10u3 2切应力τμ 0.1 ×3.75 ×10 3.75 ×10 Paδ2活塞所受的摩擦阻力 F τ A τπdl 3.75 ×10 ×3.14 ×0.14 ×0.16 26.38N1-6 解:作用在侧壁上粘性切力产生的力矩du r 0.2M A μr 2 πr h μω+1 2 ×3.14 × 0.2 × 0.4 × μ×101 + 68.3 μdy δ 0.003M 4.905∴μ 0.072Pa ?S68.3 68.31-7 解:2设u Ay +By +c; ①根据实际流体的无滑移现象,当 y0 时 u0∴C 0 (第三个常数项为零); ②∵y0.04m 时,u1m/sdu2则有 1A ×0.04 +B ×0.04; ③E 点的流体切应力为零,有 2Ay +B 0 , dy10.0016A + 0.04B 1 A ?625?则由联立方程求得解得:0.08A +B 0 B 50?du du-3?6τμυρ 1.0 ×10 ×1000 × 2 Ay+B )1 ×10 (-1250y+50 )dy dy-2当y0 处,τ 5 ×10 Pa-2当y0.02 处,τ 2.5 ×10 Pa当 y0.04 处,τ0 Pa由此可见均匀流横断面上切应力是呈直线分布的。
水力学第三版课后答案
水力学第三版课后答案水力学第三版课后答案【篇一：[工程流体力学(水力学)]__禹华谦1-10章习题解答】．20℃的水2.5m3，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?1v1??2v2又20℃时，水的密度?1?998.23kg/m380℃时，水的密度?2?971.83kg/m3 ?v2??1v1?2.567m93 ?2则增加的体积为?v?v2?v1?0.0679m31-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度?增加15%，重度?减少10%，问此时动力粘度?增加多少（百分数）？[解] ??????(1?0.15)?原(1?0.1)?原?1.035?原?原?1.035?原????原1.035?原??原??0.035 ?原?原此时动力粘度?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u?0.002?g(hy?0.5y2)/?，式中?、?分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。
试求h?0.5m时渠底（y=0）处的切应力。
[解] ?du?0.002?g(h?y)/? dydu?0.002?g(h?y) dy????当h=0.5m，y=0时??0.002?1000?9.807(0.5?0)?9.807pa[解] 木块重量沿斜坡分力f与切力t平衡时，等速下滑mgsin??t??adu dy??mgsin?5?9.8?sin22.62?u1a0.4?0.45??0.001??0.1047pa?s1-5．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???绘出切应力沿y方向的分布图。
[解]du，定性dy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，求容器液面的相对压强。
[解] ?p0?pa??gh?pe?p0?pa??gh?1000?9.807?1.5?14.7kpa2-2．密闭水箱，压力表测得压强为4900pa。
工程流体力学 禹华谦 习题答案 第4章
第四章 管路,孔口和管嘴的水力计算4-1（自编）根据造成液体能量损失的流道几何边界的差异，可以将液体机械能的损失分为哪两大类? 各自的定义是什麽? 发生在哪里?答:可分为沿程损失和局部损失两大类。
沿程损失指均匀分布在流程中单位重量液体的机械能损失，一般发生在工程中常用的等截面管道和渠道中。
局部损失指单位重量液体在流道几何形状发生急剧变化的局部区域中损失的机械能，如在管道的入口、弯头和装阀门处。
4-2粘性流体的两种流动状态是什么？其各自的定义是什么？答：粘性流体的流动分为层流及紊乱两种状态。
层流状态指的是粘性流体的所有流体质点处于作定向有规则的运动状态，紊流状态指的是粘性流体的所有流体质点处于作不定向无规则的混杂的运动状态。
4-3流态的判断标准是什么？解：流态的判断标准是雷诺数Re 。
由于实际有扰动存在，故一般以下临界雷诺数Re c 作为层紊流流态的判断标准，即Re<2320, 管中流态为层流，Re>2320，管中流态为紊流.。
4-4某管道直径d=50mm ，通过温度为10℃的中等燃料油，其运动粘度s m 261006.5-⨯=ν。
试求：保持层流状态的最大流量Q 。
解：由Re =νdv 有v =dνRe =（2320×5.06×610-）/0.05=0.235m/s ，故有Q=A v=π×0.05×0.05×0.235/4=s m 34106.4-⨯。
4-5(自编) 一等径圆管内径d=100mm ，流通运动粘度ν=1.306×10-6m 2/s 的水，求管中保持层流流态的最大流量Q 。
解：由νvd=Re ，有 s m d v /03.01.0232010306.1Re6=⨯⨯==-ν此即圆管中能保持层流状态的最大平均速度，对应的最大流量Q 为s m vA Q /1036.24/1.003.0342-⨯===π4-6利用毛细管测定油液粘度，已知毛细管直径d=4.0mm ，长度L=0.5m ，流量Q=1.0cm 3/s 时，测压管落差h=15cm 。
工程流体力学 禹华谦 习题答案 第2章
第二章 流体静力学 2-1 作用于流体的外力有哪两种?答: 作用于流体的外力有质量力与表面力. 2-2 流体块表面上的压强有哪两项特性? 答: 流体块表面上的压强有以下两项特性1.法向应力的方向沿讨论流体块表面上某点的内法线方向，即压强沿垂直方向从外部指向表面。
2.静止流体中任一点处的压强大小与它所作用的表面方位无关。
2-3 什麽是绝对压强, 相对压强及真空度?答: 以绝对真空状态为基准计算的压强值叫绝对压强。
相对压强用于绝对压强大于大气压的场合，即一点处的相对压强指这点处的绝对压强高于大气压的部分.真空度用于绝对压强低于大气压的场合，即出现了真空的状态。
一点处的真空度指这点绝对压强小于大气压的那一部分.2-4 容器A 被部分抽成真空，容器下端接一玻璃管与水槽相通，玻管中水上升h=2m ，水的39800/N m γ=，求容器中心处的绝对压强p 和真空度v P ，当时当地大气压298000/a P N m =。
解：由a p h p =+γ，有2/784009800298000m N h p p a =⨯-=-=γ2/196007840098000m N p p p a v =-=-=2-5 以U 型管测量A 处水压强，h 1=0.15m ，h 2=0.3m ，水银的γ＝N 3/m ，当时当地大气压强298000/a P N m =，求A 处绝对压强p 。
a解：由γ+p 水γ+1h 水银a p h =2，有-=a p p γ水-1h γ水银22/565463.013328015.0980098000m N h =⨯-⨯-=2-6 图中压差计上部有空气，h 1=0.6m ，h=0.45m ，h 2=1.8m ，求A 、B 两点压强差，工作介质水的39800/N m γ=。
解：设空气绝对压强为a p ，A ，B 两处绝对压强分别为B p p A ,,这里γ1h p p a A +=，γ)(2h h p p a b ++=，从而212/161709800)6.08.145.0()(m N h h h p p A B =-+=-+=-γ2-7 如图为一复式水银测压计，用以测量水箱中水的表面相对压强。
[工程流体力学(水力学)]1-4章习题解答
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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 321125679.2m 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 dydu-=)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =0.5m ，y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 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yu AT mg d d sin μθ== 001.0145.04.062.22sin 8.95sin ⨯⨯⨯⨯==δθμu A mg s Pa 1047.0⋅=μ1-5．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yud d μτ=，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 ，求容器液面的相对压强。
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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
容器液面的相对压强。
[解] gh p p a ρ+=0
kPa gh p p p a e 7.145.1807.910000=⨯⨯==-=∴ρ
2-2．密闭水箱, 压力表测得压强为4900Pa 。
压力表中心比A 点高0.5m, A 点在液面下1.5m 。
求液面的绝对压强和相对压强。
[解] g p p A ρ5.0+=表
Pa g p g p p A 49008.9100049005.10-=⨯-=-=-=ρρ表
Pa p p p a 9310098000490000
=+-=+=' 2-3．多管水银测压计用来测水箱中的表面压强。
图中高程的单位为m 。
试求水面的绝对压强p abs 。
[解] )2.13.2()2.15.2()4.15.2()4.10.3(0-+=-+---+g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ
g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ1.13.11.16.10+=+-+
kPa g g p p a 8.3628.9109.28.9106.132.2980009.22.2330=⨯⨯-⨯⨯⨯+=-+=水汞ρρ
2-4． 水管A 、 B 两点高差h 1=0.2m, U 形压差计中水银液面高差h 2=0.2m 。
试求A 、 B 两点的压强差。
( 22.736N ／m 2)
[解] 221)(gh p h h g p B A 水银水ρρ+=++
Pa h h g gh p p B A 22736)2.02.0(8.9102.08.9106.13)(33212=+⨯⨯-⨯⨯⨯=+-=-∴水水银ρρ 2-5．水车的水箱长3m,高1.8m, 盛水深1.2m, 以等加速度向前平驶, 为使水不溢出, 加速度a 的允许值是多少?
[解] 坐标原点取在液面中心, 则自由液面方程为:
x g a z -=0
当m l
x 5.12
-=-=时, m z 6.02.18.10=-=, 此时水不溢出
20/92.35.16.08.9s m x gz a =-⨯-=-=∴ 2-6．矩形平板闸门AB 一侧挡水。
已知长l =2m, 宽b =1m, 形心点水深h c =2m, 倾角α=45, 闸门上缘A 处设有转轴, 忽略闸门自重及门轴摩擦力。
试求开启闸门所需拉力。
[解] 作用在闸门上的总压力:
N A gh A p P c c 392001228.91000=⨯⨯⨯⨯=⋅==ρ
作用点位置: m A y J y y c c c D 946.21245
sin 22112145sin 23=⨯⨯⨯⨯+=+= m l h y c A 828.12
245sin 22sin =-=-= α )(45cos A D y y P l T -=⨯∴
kN l y y P T A D 99.3045
cos 2)828.1946.2(3920045cos )(=⨯-⨯=-= 2-7．图示绕铰链O 转动的倾角α=60°的自动开启式矩形闸门, 当闸门左侧水深h 1=2m, 右侧水深h 2=0.4m 时, 闸门自动开启, 试求铰链至水闸下端的距离x 。
[解] 左侧水作用于闸门的压力:
b h h g A gh F
c p ⋅⨯==
60sin 211111ρρ 右侧水作用于闸门的压力:。