2017年西南大學(xué)水力學(xué)作業(yè)及答案

1、2017年西南大學(xué)水力學(xué)作業(yè)及答案 1.在帀常工作條fHS在乳口外接一個(gè)祖同菅咎的W亀作用木矢相同河，菅聯(lián)比禮U出流單（:J A大 O BL小 ? C卞睜 O 口一 趴若明渠水力最優(yōu)葩形斷面的水深為1.2m,其宜度為（ 飛此題回答正確 A. 0.6m B. 1.2m C. 1.8m D. 2.4m 6、發(fā)生水躍的充分必要條件是（） 、此題回答正確 e a.從層流過渡到奈流 B從陡坡過渡到緩坡 C從緩流過渡到急流 D從急流過渡到緩流 7、園管層流過流撕面上切應(yīng)力分布為（） 、此題回答正確 O A在過流斷面上是常數(shù) “ B管軸處是零，且與半徑成正比 O C 一管壁處是零，向菅釉線性増大 0 D按拋

2、物線分布 8、對于并聯(lián)長管道，每根管道的（） 此題回答正確 A流量相等 B 一切助相等 C 一沿程水頭損失相等 D水力坡度相等 9、下列說法中，正確的說法是C ） V此皴回答正確 。A理想不可壓均質(zhì)量重力流體作定常或非定常 流動(dòng)時(shí)，沿流線總機(jī)械能守恒 B一理想不可壓均質(zhì)重力流體作定常冼動(dòng)時(shí)，沿 流線總機(jī)械能守恒 C理想不可JE均質(zhì)重力流體作非定常流動(dòng)時(shí)， 沿跡線總機(jī)械能守恒 O D理想可壓縮重力澆體作非定常漬動(dòng)時(shí)，沿流 線總機(jī)械能守恒 10. 在同一瞬時(shí)，流線上各個(gè)流體近質(zhì)點(diǎn)的速度方向總是在該點(diǎn)與此流線（） 7此題回答正確 A重合 e b相交 c.相切 D.平行 11. 長管的總水頭線與測壓管

3、水頭線（ 、此頷回答正確 t A相重合 B.相平行，呈直線 e c.相平行，呈階梯狀 D一以上答案都不對 12. 已知水湊的沿程水力摩擦系數(shù)2只與邊界粗精度有關(guān)，可利斷該水流屬于（） 、此題回答正確 O A.層漬區(qū) O B.紊流光滑區(qū) C.縈流相糙反 D-縈流過渡粗糙區(qū) 13. 明渠水力最優(yōu)斷面的水力半徑R （） 、此題回答正確 A等于水深的一半； O B.等于底寶的一半； O 。等于水面寬度的一半 O D_等于溟周的一半。 14x按是否考慮液體的粘滯性，可將液體分為 此題回答正確 A牛頓浹體與非牛頓懣體, e b連續(xù)濟(jì)體與非連續(xù)浹體 C 一可壓縮液體與不可壓編液體 圖D理想液體與實(shí)際浹體 1

4、5、有壓管道的管徑d與管渣水力半徑的比值d/R=（） 、此題回答正確 A 8 B. 4 C. 2 D. 1 16. F列說法中，正確的說法是（） 此題回答正確 :.A.理想不可壓均質(zhì)量重力流體作定常或非定常 浚動(dòng)時(shí)，沿流線總機(jī)械能守恒 。B一理想不可壓均質(zhì)重力流體作定常流動(dòng)時(shí)，沿 茨線總機(jī)械直待恒 O C理想可壓縮重力流體作非定常流動(dòng)時(shí)，沿流 線總機(jī)械能守恒 D-理想不可壓均質(zhì)重力流體作非定常凌動(dòng)時(shí)， 沿跡線總機(jī)械能守恒 仃、水的動(dòng)力粘度隨溫度的升咼而（） 、此題回答正確 0 A不定 B増大 C.減小 D_不變 18.牛頓流體具有() 、此題回答正確 A擴(kuò)散并充滿整個(gè)容器的特性 6 B在任何切

5、應(yīng)力作用下不龍維持靜止?fàn)顟B(tài)的特 性 C.實(shí)際上絕對不可壓縮的性質(zhì) D_切應(yīng)力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)的悝質(zhì) 佃、圓管荼流中的上臨界雷諾數(shù)() 、此題回答正確 O A是緊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù) B罡層流和紊流的主要判別參數(shù) C一等于2300 .對流態(tài)刪作用不大 20、水力粗糙管適杲表示管道的邊壁比較粗繼。 、此題回答正確 aQ 勒R x 21、粘滯性是液體產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因。 Y此題回答正確 AV B x 22、漸變流過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的測壓管水頭都相同。 、此題回答正確 圖A 7 OB.x 23, 匡流均勻流斷THaiB正系數(shù)為2 妣題回答正確 24、水深相同的靜止水面一走是等壓畫。 此題回答正確 粗糙區(qū)

6、入=f3( /R)，紊流粗糙區(qū) 又稱為阻力平方區(qū)。 40、流線和跡線的區(qū)別和聯(lián)系是什么？ 本題參考答案： 1)區(qū)別：跡線是單個(gè)液體質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)段內(nèi)不同時(shí)刻的流動(dòng)軌跡線；流線是同 一瞬時(shí)由連續(xù)的一系列液體質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的流動(dòng)方向線。 (2)聯(lián)系：恒定流時(shí)，流線與跡線重合。 41、 簡述過水?dāng)嗝嫔蠁挝恢亓苛黧w的平均總機(jī)械能E (斷面總能)與斷面比能 e的區(qū)別與聯(lián)系 本題參考答案： (1)基準(zhǔn)面不同 斷面總能E:是以某一個(gè)水平面為基準(zhǔn)面計(jì)算的單位重量液體所具有的機(jī)械 能，水平面可任取，但同一題目必須是同一基準(zhǔn)面； 斷面比能e：是以斷面最低點(diǎn)所在的水平面為基準(zhǔn)面計(jì)算的單位重量液體所具 有的機(jī)械能，水平面不

7、能任意選取，且一般情況下同一題目不同的過水?dāng)嗝婊?準(zhǔn)面不同。 (2)沿流程變化率不同E沿流程總是減小，即恒小于零； e則可以沿流程上升、下降或不變，即可0, 0, =0。 42、簡述明渠均勻流的形成條件和特征。 本題參考答案： 答：明渠均勻流的形成條件：根本(力學(xué))條件：重力沿流向的分量=邊壁摩阻 力() 具體條件：1.水流應(yīng)為恒定流； 2.流量沿程不變； 3渠道必須是長而直的棱柱形順坡渠道; 4. 糙率n沿程不變； 5. 渠道中無建筑物的局部干擾。 明渠均勻流的水力特征為：1.等深流動(dòng)：hi=h2=h； 2. 等速流動(dòng)：Vi=V2=V; 3. 總水頭線/水面線/渠底線，J=Jp=i。 43、

8、均勻流一定是恒定流”，這種說法是否正確？為什么？ 本題參考答案： 這種說法錯(cuò)誤的。均勻是相對于空間分布而言，恒定是相對于時(shí)間而言。 當(dāng)流量不變通過一變直徑管道時(shí)，雖然是恒定流，但它不是均勻流。 他油舊筈卷川二150楓札輸送油最0=153衍，求油管蠶抽上的流速,和牧的 沿程水頭找失已如冷=S43AA7加 $ = 02cm1 /j.屮 解：(1 )判別流態(tài)，將油量 Q換成體積流量 Q 15,5x103x9.8 8-43x103x3600 Q _ 0.005 = 0.05 m3/s 0.283 m/s 0283XQ.1S 0.2X10 7 =21222300?屬于層流 V = (2)由層流的性質(zhì)可知

9、：皿 f Rxd 2g 21220.15 0.2 83 2 2x9.8 =0.822 m 溫度為f = 20t的水，以Q二4000cW3的流量通過直徑為d = 如的水管, 試判別其流態(tài)柑如果保持管內(nèi)液體為層流運(yùn)動(dòng)，流量應(yīng)受怎樣的限制？ 解: 001 5 1+0.0337x20+0.000221X2C2 =0.0101 cm2/s (1 )判別流態(tài) V = Q 4000 vd _ 51*10 V 0.0101 =51 cm/s 屬于紊流 (2 )要使管內(nèi)液體層流運(yùn)動(dòng)，則需 vd Rx = 2300 v 十 2300v 即” 一 2300X0.0101 10 =2323 cm/s Q= -dv-X

10、 IO2 X 2323 = 182.4cm3/s 高壓管末端的噴嘴如圖出口直徑0=10渤，管端直徑D = 4伽,流量 “4巧(噴嘴和管陜法蘭盤連接，共用個(gè)摞栓，不計(jì)水管嘴的重量， 求每仝螺栓受力多少？亠 46. 也+ 解： Y 2g2g tt2 t,2 P1 _ V2 V1 Y 2g 2g Q0A 代入 Vi 二 航-參04 AiVi OA2 v2 = a2 一j x 0.12 Pi 512 3.182 Y 2g 2g 3+18 =51 m/s 132 m r 二 3.18 m/s 沿軸向?qū)憚?dòng)量方程：r1.!丄丄- Rx = p1A1 + pQ.(v1-v2) -13000 XX 0.42 +

11、1000 X 0,4(3.18-51)二 143.4 KN 每個(gè)螺栓受力 143 4 F = - = 12 KN 如圖4-了所不、設(shè)某虹啜管孔=2叫hT叫 d=15cnio試求；* (1) (2) : 為導(dǎo)踐表面飪駝鑼，將導(dǎo)靈從充満鮑緣涂棘恂摸具中拉過.已知導(dǎo)賤直橙o.g 枚度 20 涂料的詰厲W-0. 02Pa.附若導(dǎo)雉啜速率$伽兀拉過模具，試求所需牽揮力.（LOIN） 5K 解: 20nini f 1 h 0.05mm irj ndl = 3.14 x 0.8 x 103 x 20 X 103 = 5.024 x IO5 nf 52、有一傾斜放置的漸粗管如圖所示，A-A與B-B兩過水?dāng)嗝嫘?/p>

12、心點(diǎn)的高差為 1.0m。 斷面A-A管徑da=200mm，形心點(diǎn)壓強(qiáng) Pa=68.5kpa。斷面B-B管徑db=300mm,形心 點(diǎn)壓強(qiáng)pb=58kpa,斷面平均流速 Vb=1.5m/s，試求（1 ）管中水流的方向。（2）兩端 面之間的能量損失。（3）通過管道的流量。 解: ha = za+( 泌) pg 2g -L 1-.得 * L 匚心 Ha = 8.83J Hb = Eb +詈+ 讐=7.03) - ：lr所以水流從A A斷面流向B B斷面 （2）-1山 1 I Q = VbAe = 1.5 Xn X 仃22 （號）=0.106 m3/s 疣速由q變?yōu)榍傻耐蝗粩U(kuò)大管,如分為二次擴(kuò)大.中間

13、疣取何值時(shí)局部水頭損 失最小，此時(shí)水頭損失為多仞并與一次.擴(kuò)大時(shí)的水頭損失比較。- 解：一次擴(kuò)大時(shí)的局部水頭流失為: 分兩次擴(kuò)大時(shí)的總局部水頭流失為: hmi hn2 = 2g 在Vi、V2已確定的條件下，求產(chǎn)生最小hm2的V值: dhm? 一（#1 ）+（V V? i 0 V + v2 v= 2 _ Vl+V2 即當(dāng)時(shí)，局部水頭損失最小，此時(shí)水頭損失為: hm2min 二專（町- V2）2 由此可見，分兩次擴(kuò)大可減少一半的局部水頭損失 矩形斷面如平底渠道.寬ft B=2. 7m,渠底在某取面處抬高0.訓(xùn)已駐該斷面 上游水深為加，下游水面降低0.皿（見圖），忽略渠遣邊壁和渠底的阻力。試 求；（

14、1）渠道的療量.（2）水流改底皺神擊力。屮 流量_ V-l._2 si . 1.2m/s , 故由式(5 39)有 0.021 0.021 10001,4152 d2r00301x1 hi h2 h? 1 /1112 ? x=0.795m 桶一均勻流管跖 長f = 100m 養(yǎng)亀d =水流的水力舷=oo呱求窯壁光和 r =005的胡應(yīng)力反水頭損失. 解: 因?yàn)?R= d = O = o 05m 44 所以在管壁處： To = yR = 9800 X 0.05 X 0,008 = 3.92N/m3 r r=0.05m 處： =?o = ： X 3.92 = 1.96N/m 水頭損失： hf =

15、J1 = 0.008 X 100 = 0.8m 如團(tuán)所禾睿霸、上底為空氣，屮展為=S70N/ma的石油、下屠為 p. =12550 N/rn-的甘曲，式求=當(dāng)測壓営中的甘油表面島程為乳1血時(shí)壓力走的讀救. 解：設(shè)甘油密度為p 1，石油密度為p 2，做等壓面1 1 , 則有 Pi = p!g(V9.14- V3.66) = PG + p2g(V7.62 一 03.66) 5,48p1g= PG +3.96p2g PG = 548pg- 3.96p2g = 1225 X 5.48 一 8.17 X 3.96 = 34.78KN/mJ 圖示為文丘里流量計(jì)測量水管中的流量.已知山電馳，電15口水銀壓差

16、計(jì) 中左右水銀面的高差為Ah =0. 02m,水銀壓差計(jì)測量斷面的壓差。試求濟(jì)量 Q屮 解：對斷面1 1和斷面2 2應(yīng)用伯努利方程， Pi 旳巧P2 a2V Zi+ +一=力+丄+護(hù) pg2gPg2g 巧酉Pip2 晉二Z巴（Z曳） 2gPgPg 設(shè)斷面2 2與右邊水銀面高差為 L，則 二 ?. I； . -整理得: Ah = 0252m 利用連續(xù)性方程 ,則 V2=2.2231m/s 【亠：丄-r-J -： 從本題看出，用文丘里流量計(jì)測量管道流量時(shí)，Q的一般計(jì) 算式為 n 2gpip?、 Q=|_id jZ(全 ) 如果用U型水銀壓差計(jì)測量水壓，則 Q的計(jì)算式為 c 1T, ： (P/p-l

17、) 2gAh Q = d3 -j 4 A i-(%r 值得注意的是，文丘里流量計(jì)無論是水平，傾斜或者豎直 放置，其計(jì)算公式都是一樣的。 矩形平板閘門AB側(cè)擋水。已知長片加，寬乍1叫形心點(diǎn)水探妒細(xì)傾 角a=45c，閘門上綠A處設(shè)有密由，忽略閘門自重及門軸摩擦力.試求開啟 閘門所需拉力 + 60v |r A 水 F 3 2 7T h 3 二3 解：作用在閘門上的總壓力: .：匚八二E - .: 2 X cos 45 P(yQ - yA) 39200 X (2.946 - 1.828) T = 1 cos 45 =3 0.99KN 解：水平分力: = 44.145KN 壓力體體積: 鉛錘分力：卩M1

18、 1 P = pcA = pghcA = 1000 X?,8 X2X2X1= 39200N y二比+丄二亠+単巴-2346m 作用點(diǎn)位置：A :1 的作閉力及方向 sin45o-3)4x32i-i)2 = 14629n? 試求水對閉門 h =pghcAx = pg-x hb = 3.0 1000 X 9.81 X-X (為 +扣 8sin45 聞門拶水深h-3呀 匕眉形聞門如削所示，寬度trt (Mb囲心ft cr -45 合力: FP = 45.595KN 方向一：一宀 有一漸變輸水管段，與水平面的傾角為4亍，如圖所示。已知管卷苗日叩啦， cfi-lOOmm,兩斷面的問晅卜2%糸21-1斷面

19、處的流xfc Pi-2m/s,丞銀董匡辻讀數(shù) 蛤叭,試判別流動(dòng)方向，并計(jì)算兩斷面間的水頭捷失九和壓強(qiáng)建罰-保。* V2 2 2 d K 一 4 = V2 1 2 1-22 d - d 2 XJ O O 2 假定流動(dòng)萬向?yàn)? 2，則根據(jù)伯努利萬程 Pl 1V；p2 + 一 = lain 45 + + pg2gPg El_Ez.百血45 =( 1) hD = 12.6h 其中r 毗二 12.6hp + 寸= 12.6 X 0.2 + 為=-0.54m0 故假設(shè)成立 匕岡錐體疑其中心軸作等角速度舊=16尸吆旅轉(zhuǎn).錐體與1定壁面間的距離IT 用“ =0 1Si + * =43J5m /s1 3、答:

20、BMi虬2yr+ 廠 t = 2xr)- 0 Nffii將速度分量代入流線徽分方程得 2jrrd_r-(2r + H)dp =。 d2=0J 枳分上式，得 則日秒G九過心2慮的流線方程為 x= -y2 -y + 6 = 0 2 = C 4、答： D=100mmT d=25mm； M=l1 ; l ii h 5 O 2Q JOm 仃斫暹的息FT力為 21 P p(A (It _.hjf N n(8 - 4.i - 9810 10 MMl 5&6kN I 11 D 片 :.，,1 力- _c 2.5-027&- 2 222n 紳農(nóng)總樂力対瑞AiQF沖劃 V - P V). 5S&6 2.222- !30SkN ill 仏拒護(hù)T扳閘E寬hF Rm,為h=】叫轉(zhuǎn)裁我IS中水部肌超gmH，舸門阿自動(dòng)JT鼠換鍛網(wǎng)位昂垃訟乜朋卜？ 已Jlh b=0.$m，tj=lm* 心冬沁亠 gffi?當(dāng)錢哇的也査會于壓力中心的位賣時(shí)，兩袴址一如時(shí)，閘 門阿目動(dòng)開啟閘門所受的總壓力九 F 二 M二他厶二 Q 2)x910 x1 壯0 呂= 1!772N 2 2 F5力中心的位首尙- 08x1 Jh 丄占第1 % =妮+Fr幽*也珂”屮+r-1方皿” “4 一沁12x(