水力学第二次作业
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
西南大学网络学院水力学第二次作业答案
第二次作业1b2错误3错误4错误56（1）不考虑分子间隙，认为介质是连续分布于流体所占据的整个空间。
（2）表征流体属性的诸物理量，如密度、速度、压强、切应力、温度等在流体连续流动时是时间与空间坐标变量的单值、连续可微函数。
这样就可利用数学分析这一有力的数学工具研究确定流体的平衡与机械运动规律。
在通常的工程问题中连续介质假设是完全合理的，因为将在此基础上获得问题的解与实验结果进行比较具有足够的精度。
研究表明，在标准状态下（1个标准大气压，温度为0℃），1mm3含有3.4×1019个水分子，分子平均自由程为3×10－7mm。
可见在通常工程问题中，要研究的流体线性尺度或流体微团的大小远远大于分子大小及其运动尺度，所以质点（微团）中包含有足够多的分子，足以体现流体的分子统计平均特性。
但是，当所研究问题的特征尺寸接近或小于分子大小及其运动平均自由程时，连续介质假设就不再适用。
例如，研究火箭在高空稀薄气体中飞行时稀薄空气的特征尺寸较大，如在120km高空处空气分子的平均自由程为1.3m，与火箭的特征尺寸比较具有相同的数量级。
此时连续介质假设就不再合理，需要用分子运动论与统计力学的微观方法研究稀薄空气动力学问题。
类似地，对于高真空泵与高真空技术中的流体，或者含有空泡的液体与高速掺气水流，亦不能用连续介质力学的方法研究问题。
7（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。
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《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》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.
水力学综合测试题二附答案解析
综合测试题二一、填空题（每题1.5分，共15分）：1.非圆形管道的雷诺数计算数学表达式为 υυR R e = ； 2.圆管层流运动的最大流速的速度表达式为 )(4220r r gJ u -=ηρ ； 3.明渠非均匀流的佛汝德数表达式为F r = 4.水跃方程的数学表达式为 22221112c c h A gA Q h A gA Q +=+αα ； 5.液体的运动粘滞系数υ的量纲是 12-T L ；6.平面壁上静水总压力的合力作用点的数学表达式 Ay I y y C C C D += ； 7.在直角坐标系中，流线微分方程式为 zy x u dz u dy u dx == ； 8.恒定均匀流的基本方程式 gRJ ρτ= ；9.明渠水流中水波波速的数学表达式=ν 10.直角三角堰的流量计算公式为 5.24.1HQ = 。
二、选择题（每题1.5分，共15分）1.与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：( )（a ）切应力和压强；(b) 切应力和剪切变形速度；(c) 切应力和剪切变形；(d) 切应力和速度2.露天水池，水深5m 处的相对压强为：( )(a)5kPa ； (b)49 kPa ；(c) 147k Pa ；(d) 205k Pa 。
3. 恒定流是：( )(a) 流动随时间按一定的规律变化；(b) 各空间点上的运动要素不随时间变化；(c) 各过流断面上的速度分布相同；(d) 迁移加速度为零。
4. 在渐变流过流断面上，动压强分布满足( )规律。
a.z+p g ρ>0b.z+p g ρ<0c.z+p gρ=c d.以上都不是 5.佛劳德数的物理意义表示：( )(a) 粘滞力与重力之比；(b) 重力与惯性力之比；(c) 惯性力与粘滞力之比； (d) 压力与粘滞力之比。
6. 在圆管流中，层流的断面流速分布符合：( )(a) 均匀规律；(b) 直线变化规律；(c) 抛物线规律；(d) 对数曲线规律。
水力学1第二次作业_(1)
A
F水
F油
e水 B
e油 FB
1－23解：计算作用在闸门AB上的水压力
PA P0 gh1
14.7 9.83.5 19.6KN / m2
PB P0 gh2
14.7 9.85.5 39.2KN / m2
hA
PA
g
19.6 9.8
2m
hB
F A 1150 0.8 0.2 184 N
f
0.6（1）容积为4m3的水，当压强增加了5个大气 压时容积减少1升，试求该水的体积模量K。
（2）又为使水的体积相对压缩1／1000，需要增 大多少压强？
解：（1）体积模量K等于体积压缩率k的倒数
dV k V
dp
K Vdp dV
1－19解： 先求水平分力
FPx ghc Ax 44.1KN
再求垂直分力
FPz b g
而 S梯形－S扇形
S梯形＝
1 2
H（ R－R
cos
）＋R
sin
＝8.2175m2
S扇形＝
1 2
R2
180
45
7.06m2
FPz b(S梯形－S扇形 ) g 11.3435KN
为横截面积等于a的玻璃管，顶端为横
截面积A=50a的圆筒，
2
左支内盛水(ρwg=9800N/m3)，
右支内盛油( ρog=9310N/m3），
h1
左右支顶端与欲测压差处相接。当 p1=p2时，右支管内的油水交界面在x-x h1+0.255m
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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？。