水力学1第二次作业 (4)
2014西南大学《水力学》作业答案
2014西南大学《水力学》作业答案第一次作业[单选题]图示为一水平弯管，管中流量不变，在过水断面A—A内外两侧的1、2两点处各装一根测压管，则两测压管水面的高度h1与h2的关系为A：① h1>h2 B：② h1=h2 C：③ h1<h2 D：④不定参考答案：C[判断题]矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点 O重合参考答案：错误[单选题]圆管紊流中的上临界雷诺数（）A：是紊流转变为层流时的雷诺数B：是层流和紊流的主要判别参数C：等于2300D：对流态判别作用不大参考答案：D[判断题]恒定不可压缩流体运动在三个坐标方向的线变形速度之和为零。
参考答案：正确1、如图所示：水箱一侧接一串联管道，已知末端管径d=0.2m，流速v=5m/s，分流量q=0.2m3/s，则水箱出流量Q为 0.357 m3/s。
2、水平射流流量为Q、以速度v射向固定平板，则射流对平板的水平作用力F为 F=ρQ βv (方向水平向右)。
3、明渠均匀流的力学特征是重力沿流程的分量=边壁摩阻力。
4、圆管层流沿程水头损失系数λ的计算公式为λ＝64/Re 。
5、有一水平分叉管中液流流动如图示，已知Q2=Q3=0.5Q1，A2=A3=0.5A1，各断面形心位于同一水平面内，取α1=α2=α3，忽略水头损失，则2—2断面的形心点压强p2与1—1断面形心点压强p1的关系为等于。
6、图示容器内液面压强p0为 1.113×105 P a。
7、当管道尺寸及粗糙度一定时，随着流量的加大，紊流流区的变化是光滑区→过渡粗糙区→粗糙区。
8、紊流过水断面上的流速分布比层流过水断面上的流速分布均匀。
9、作层流运动的牛顿流体，其层间切应力为τ＝μ∂u/∂y 。
1、0.3572、F=ρQβv (方向水平向右)3、重力沿流程的分量=边壁摩阻力4、λ＝64/Re5、等于6、1.113×1057、光滑区→过渡粗糙区→粗糙区8、均匀9、τ＝μ∂u/∂y第二次作业1、下列说法中，正确的说法是（ B ）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：理想不可压均质重力流体作定常流动时，沿流线总机械能守恒C：理想不可压均质重力流体作非定常流动时，沿迹线总机械能守恒D：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2、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。
水力学1第二次作业
p1 = 6.78m ρg p1K = 66.4 KN / m
2
2-6 在水平安装的文丘里流量计上,直接用水 银差压计测出水管与喉部压差h为20cm,已知 水管直径d1为15cm,喉道直径d2为10cm,当不 计水头损失时,求通过流量Q.
2-6 解:根据文丘里流量计流量公式 Q = K 12.6h
R = Rx 2 + Ry 2 = 3.567 KN
解得 Ry = 2.153KN
合力与水平方向的夹角 tgβ =
R R
y
= 0.76 β = 37 8'
x
作用于弯管上的作用力为3.567kN 方向与R 3.567kN, 水作用于弯管上的作用力为3.567kN,方向与R相反
2-13 一平板闸门宽 为2m,当通过流量 为 一平板闸门宽b为 ,当通过流量Q为 8m3/s时闸前水深 为4m,闸孔后收缩断面水深 时闸前水深H为 , 时闸前水深 hc为0.5m,求作用于平板闸门上的动水总压力 , 不计摩擦力). (不计摩擦力).
umax 2 2 u = 2 (r0 r ) r0
2-1 - 解:= 2 (r0 r ) = 15 r r0 9
15 2 由流量公式得Q = ∫ udA = ∫ (15 r )2π rdr A A 9 = 211.95cm3 / s
F1 F0 X
Y
Ry F2
FP = ρ QV0 sin 2 α
2-22 解: (1)沿y方向列动量方程 ) 方向列动量方程
0 Ry = 0 ρ QV0 sin α 得 Ry = ρ QV0 sin α
Ry在射流方向上的压力为 在射流方向上的压力为
R = Ry sin α = ρ QV0 sin α
[答案][北京交通大学]《水力学》在线作业二-4
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1.水力学中的一维流动是指()。
[答案：D]A.恒定流动B.均匀流动C.层流运动D.运动要素只与一个坐标有关的流动2.一明渠断面为梯形，渠底宽度为2.2m，水深为2m，边坡系数m=1.5，则湿周为()m。
[答案：D]A.5.12B.6.37C.8.23D.9.413.与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是()。
[答案：D]A.压强、速度和粘度B.压强、速度和剪切变形C.切应力、温度和速度D.粘度、切应力和剪切变形速度4.圆管层流中，管中心处的切应力()。
[答案：A]A.等于零B.最大C.等于平均应力D.为总应力的2/35.在圆管层流中，过水断面上的平均流速为管轴处最大流速的()。
[答案：D]A.3倍B.1/3C.2倍D.1/26.恒定总流的动量方程表示在单位时间内，通过控制体表面()，等于作用在该控制体上所有外力的向量和。
[答案：C]A.流入控制体的动量B.流出控制体的动量C.流出与流入控制体的动量差D.流出与流入控制体的动量和7.当流动的雷诺数小于下临界雷诺数时液体流态为()。
[答案：B]A.急流B.层流C.紊流D.缓流8.根据静水压强的特性，静止液体中同一点各方向的压强()。
[答案：A]A.数值相等B.数值不等C.仅水平方向数值相等D.铅直方向数值最大9.测量水槽中某点水流流速的仪器有()。
[答案：B]A.文丘里计B.皮托管C.测压管D.薄壁堰10.弗劳德数Fr是判别下列哪种流态的重要的无量纲数()。
[答案：A]A.急流和缓流B.均匀流和非均匀流C.层流和紊流D.恒定流和非恒定流11.根据堰顶厚度与堰上水头的比值，堰可分为()。
[答案：A]A.宽顶堰、实用堰和薄壁堰B.自由溢流堰、淹没溢流堰和侧收缩堰C.三角堰、梯形堰和矩形堰D.溢流堰、曲线型实用堰和折线型实用堰12.某宽顶堰堰顶入口为圆角，堰的相对高度P/H=1.43，则其流量系数m为()。
[答案：A]A.0.365B.0.435C.0.612D.0.89313.虹吸管的最大真空值出现在()。
《水力学》作业题参考答案
μ=0.95。现测得水银压差计读数hp=150mm，问此时管中流量Q是多少。
解：
Q K
Hg 油
1 hp
பைடு நூலகம்
d12 2g 0.22 2 9.807
其中： 0.95； K
4
d1 d2
4
1
4
0.2 0.1
4
1
0.0359
hp 0.15 （m）
Q K
Hg 油
1 hp
可第行3章性判定：当
h1
增大时
yC
h1
h212 增大，则
IC yC A
减小，-1即2-
第2章 水静力学
作业 7、密闭盛水容器，已知h1=60cm,h2=100cm，水银测压计 读值△h=60cm。试求半径R=0.5m的半球盖AB所受总压力 的水平分力和铅垂分力。
解：（1）确定半圆中心压强P0
p0 h Hg g g(h2 h1) 76.（1 KPa）
Δh
解：找到基准面
B×
vA
dB dA
2
vB
0.4 0.2
2
1.5
6m
/
s
×A
HA
zA
pA
vA2 2g
0
30 9.807
62 2 9.807
4.89m
HB
zB
pB
vB2 2g
1.5
40 9.807
1.52 2 9.807
5.69m
第3章
18
HB HA BA
-18-
第3章 水动力学
（kPa）
（2）计算水平分量Px Px po A p0 R2 59.74KN
（3）计算铅垂分力Pz
水力学第二次作业
1、上下两块平行圆盘，直径均为d，间隙厚度为δ，间隙中液体的动力粘度为μ，若下盘固定不动，上盘以角速度ω旋转，求所需力矩M的表达式。
2、一圆锥体绕其中心轴作等角速度ω＝16 1/s旋转，锥体与固定壁面间的距离δ＝1mm，用μ＝0.1Pa·s的润滑油充满间隙，锥体半径R＝0.3m，高H＝0.5m，求作用于圆锥体的阻力矩。
3、有一块30×40cm2的矩形平板，浮在油面上，其水平运动的速度为10 cm/s，油层厚度δ＝10mm，油的动力粘度μ＝0.102Pa·s，求平板所受的阻力。
4、两高度差z＝20cm的水管，与一倒U形管压差计相连，压差计内的水
面高差h＝10cm，试求下列两种情况A、B两点的压力差：(1) γ
1为空气；
(2) γ1为重度9kN/m3的油。
5、倾斜的矩形平板闸门，长为AB，宽b＝2m，设水深h＝8m，试求作用在闸门上的静水总压力及其对端点A的力矩。
6、矩形平板闸门，宽b ＝0.8m ，高h ＝1m ，若要求箱中水深h 1超过2m 时，闸门即可自动开启，铰链的位置y 应设在何处？。
《水力学》作业题参考答案
详细描述
流速是影响水头损失的重要因素，流速越大，水流阻力越 大，水头损失也越大。流体性质对水头损失也有影响，例 如水的黏滞性、密度和表面张力等都会影响水头损失。管 道材料和管道形状也是影响水头损失的因素，不同材料的 管道对水流的阻力不同，管道的弯曲、分叉等形状也会影 响水头损失。了解水头损失的影响因素有助于更好地控制 和减少水头损失，提高水流运动的效率。
液体流动的能量平衡特性
液体流动的能量平衡具有守恒性， 即流动过程中各种形式的能量总和 保持不变。 能量平衡与流体的状态变化密切相 关，例如流体从高压状态向低压状 态流动时，压力能会转化为动能。 液体流动的能量平衡特性决定了流 体的运动规律和特性，例如流速、 压强、水位等参数的变化。
液体流动的能量平衡计算
PA R T. 0 2
流体运动
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流体运动的分类
层流运动 湍流运动 过渡流 自由表面流 流体在流动过程中，流层之间互不掺混，呈层状流动。 流体在流动过程中，流层之间有强烈的动量交换，流动呈现紊 乱、无规则状态。 介于层流与湍流之间的流动状态，具有某些层流和湍流的特性。 流体在流动过程中，存在自由表面的流动，如河流、洪水等。
水头损失
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水头损失的概念
总结词
水头损失是指水流在运动过程中，由于克服水流阻力而消耗的能量。
详细描述
水头损失是水流在运动过程中由于克服水流阻力而消耗的能量。水 流在运动过程中会遇到各种阻力，如摩擦阻力、局部阻力等，这些 阻力会导致水流的能量损失，即水头损失。
水头损失的计算
总结词
离有关。
静水压强的特性
静水压强具有方向性，垂直指向作用面， 即垂直指向受压物体表面。
水力学1第二次作业 (6)
断面 1 2
h(m) 0.71 0.87
J =( v2 CR × 10 3
1 2
A(m2) 7.1 8.7
)
x (m) 11.42 11.74
R(m) 0.743 0.622
v(m/s) 5.63 4.60
α v2
2g
1.62 1.08
S (m )
Es(m) 2.33 1.95
J × 10 3
2 gh2 b
1)
1.55 402 = ( 1+ 8 1) 3 2 2 9.8 ×1.55 ×10 = 0.87m 0.87m
∵h1>h01,发生远驱式水跃或水跃发生在缓坡段上. 发生远驱式水跃或水跃发生在缓坡段上. 以变坡处的水深h01=0.71m和跃前水深h1=0.87m 0.71m和跃前水深 和跃前水深h 以变坡处的水深h 作为控制水深,推求水面曲线的长度. 作为控制水深,推求水面曲线的长度.
(6)水跃的长度 L j: L j = 10.8h1 ( Fr1 1) 0.93 = 10.8 × 0.5 × (9.04 1) 0.93 = 37.50m
7-5 有一矩形渠道,Q为40m3/s,b为10m,n为 有一矩形渠道, 为 , 为 , 为 0.013,若陡坡 与缓坡 相接,已知 与缓坡i2相接 ,若陡坡i1与缓坡 相接,已知i1=0.01, , i2=0.0009,试问有无水跃发生的可能?若有水跃 ,试问有无水跃发生的可能? 发生,试确定其位置. 发生,试确定其位置. 解: (一)分析有无水跃的可能 根据题意,1段渠为陡坡,渠中水流为均匀急流, 根据题意, 段渠为陡坡 渠中水流为均匀急流, 段渠为陡坡, 其正常水深按均匀流公式: 其正常水深按均匀流公式:
一水跃产生于一棱柱体矩形水平渠段中.已知: 7-2 一水跃产生于一棱柱体矩形水平渠段中.已知:b为 5.0m,Q为50m3/s及h1为0.5m.试判别水跃的形式并确 定h2.
水力学1第二次作业 (2)
0
0.05 7.1 0.0071
• 7.1 6 属于粗糙区，故采用尼库拉兹公 式 0 1 0.023 d 2 [2lg(3.7 )]
• 求出的λ值与假设相符合 • 通过上述计算说明同一个管径的水管中流过不同 的流量Q，其管壁可以是光滑区，或过渡粗糙区， 也可以是粗糙区。
2
( (
A
2
A
1 1
1)
2
v
2 2
N
B
2g v v v2
1 2 2
v v
2
g
g
2g
2g
2g
)2
g
p p (v v v )
2 2 2 1 1 2
（1）
其中
Q 4Q v1 10.19m / s 2 A1 d1
Q 4Q v2 2.55m / s 2 A2 d 2
• 若l＝100m，求hf 3 • （1）Q 5000cm / s v 10.2cm / s 0.102m / s
l v2 0.028 , h f d 2g
100 (0.102) 2 h f 0.028 0.006m 0.25 19.6
• （2）Q 20000cm3 / s v 0.41m / s 0.026
x弯
x弯
• 3-11 • 解：以B水箱的水面为基准面，列1－1，2－2断 面的能量方程
H hw l v2 1 h f h j ( 进 2 弯 阀 出） d 2g
由书中表 3.3得： 式中 进＝0.5 弯＝0.131 0.1632 17 / 2 0.2942
阀 2.06 出 1.0
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A=bh=1.5 1.7=2.55m 2.55 R 0.52m 4.9 A
2
b 2h 1.5 2 1.7 4.9m
C＝R1/6C 81.52m0.5 / s /n＝81.52m0.5/s 查表得
Q2 7.622 i 2 2 0.0026 2 2 2 C A R 81.52 2.55 0.52 进出口水面差：h f il 0.0026 116.5 0.3 m
为5.1m，水深h为3.08m，问此时渡槽底坡应为多少？并校 核此时槽内流速是否满足通航要求(渡槽内允许通航流速 v≤1.8m/s)。
解：A bh 5.1 3.08 15.7m 2 b 2h 5.1 2 3.08 11.26m A 15.7 R 1.4m 11.26 1 1 C R1 / 6 (1.4)1/ 6 75.55m 0.5 / s n 0.014 Q2 25.6 2 1 由Q AC Ri i 2 2 C A R 75.552 15.7 2 1.4 3000 Q 25.6 v 1.63m / s 1.8m / s，满足通航要求。 A 15.7
3ห้องสมุดไป่ตู้
5-10 一梯形渠道，按均匀流设计。已知Q为23m3/s，h为 1.5m，b为10m，m为1.5及i为0.0005，求n及v。 解： A= b+mh h= 1.0+1.5 1.5 =18.4m 2
b 2h 1 m 2 10 2 1.5 1 1.52 15.4m
出口处槽底高程：52.06-0.3=51.76m 附注：当n=0.011时，i=0.0026 n=0.012时，i=0.0031 n=0.013时，i=0.0036 n=0.014时，i=0.0042
5-9 韶山灌区，某渡槽全长588m，矩形断面，钢筋混凝土
槽身，n为0.014，通过设计流量Q为25.6m /s时，水面宽b
18.4 R 1.2m 15.4 1 1 1 1 Q CA Ri R 6 AR 2 i 2 n R Ai 1.2 18.4 0.0005 n 0.02 Q 23 Q 23 v 1.25m / s A 18.4
2 3 1 2 2 3 1 2
A
5-14 某天然河道的河床断面形状及尺寸如图所示， 边滩部分水深为1.2m，若水流近似为均匀流，河 底坡度i为0.0004，试确定所通过的流量Q。
1 1
5-8 一引水渡槽，断面为矩形，槽宽b为1.5m，槽长L为 116.5m，进口处槽底高程为52.06m，槽身壁面为净水泥抹面， 水流在渠中作均匀流动。当通过设计流量Q为7.65m3/s时，槽 中水深h应为1.7m，求渡槽底坡i及出口处槽底高程。
解： 槽身壁面为净水泥抹面，取n=0.011，计算水力要素：
L
L 2 r 2 h1 16 4.84 3.34m 2 L 6.68m d 2 1 82 3.14 246.73 1 A Lh1 6.68 2.2 41.8m 2 4 360 2 4 360 2 246.73 d 8 3.14 17.2m 360 360 A 41.8 R 2.43m 17.2 1 1 C R6 2.436 82.8m 0.5 / s n 0.014 Q AC Ri 82.8 41.8 2.43 0.002 241.3m 3 / s
1 6 1 6
A1
第（Ⅱ）部分断面：
n2 0.03
2 15 6 6 1.2 25.8m
A2 15 6 90m 2 90 R2 3.49m 2 25.8 A2
1 1 C2 R2 3.49 41.05m0.5 / s n2 0.03 Q2 C2 A2 R2i 41.05 90 3.49 0.0004 138m3 / s Q Q1 Q2 40.2 138 178.2m3 / s
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
解： 作垂线Ⅰ-Ⅰ将河床复式断面分为Ⅰ，Ⅱ两部分以后，近似 按矩形断面计算。 第（Ⅰ）部分断面：
1 60 1.2 61.2m
A1 60 1.2 72m2 72 R1 1.18m 1 61.2 1 1 C1 R1 1.18 25.75m0.5 / s n1 0.04 Q1 C1 A1 R1i 25.75 72 1.18 0.0004 40.2m3 / s
5-3 某水库泄洪隧道，断面为圆形，直径d为8m，底坡i为0.002，粗 糙系数n为0.014，水流为无压均匀流，当洞内水深h为6.2m时，求泄 洪流量Q。 解：对圆形断面
h1 6.2 4 5.5 2 r 4 113.27 cos
360 113.27 246.73
1 6
1 6