流體力學(劉鶴)第二課后作業(yè)答案

1、第2章作業(yè)答案2.14密閉容器，壓力表的示值為4200N/m2，壓力表中心比A點高0.4m，A點在水下1.5m，求水面壓強。解：（kPa）相對壓強為：kPa。絕對壓強為：kPa。答：水面相對壓強為kPa，絕對壓強為kPa。2.17用多管水銀測壓計測壓，圖中標高的單位為m，試求水面的壓強。解：（kPa）答：水面的壓強kPa。2.21繪制題圖中面上的壓強分布圖。解：2.24矩形平板閘門，一側(cè)擋水，已知長=2m，寬=1m，形心點水深=2m，傾角=，閘門上緣處設(shè)有轉(zhuǎn)軸，閘門自重，忽略門軸摩擦力，試求開啟閘門所需拉力。解：（1）解析法。（kN）（m）對A點取矩，當開啟閘門時，拉力滿足：（kN）當kN時，

2、可以開啟閘門。（2）圖解法。壓強分布如圖所示：（kPa）（kPa）（kN）對A點取矩，有（kN）答：開啟閘門所需拉力kN。2.25矩形閘門高=3m，寬=2m，上游水深=7m，下游水深=3.5m，試求：（1）作用在閘門上的靜水總壓力；（2）壓力中心的位置。解：（1）圖解法。壓強分布如圖所示：（kPa）（kN）合力作用位置：在閘門的幾何中心，即距地面處。（2）解析法。（kN）（m）（kN）（m）合力：（kN）合力作用位置（對閘門與渠底接觸點取矩）：（m）答：（1）作用在閘門上的靜水總壓力kN；（2）壓力中心的位置在閘門的幾何中心，即距地面處。2.28金屬矩形平板閘門，門高=4m，寬=1m，由兩根工

3、字鋼橫梁支撐，擋水面與閘門頂邊齊平，如要求兩橫梁所受的力相等，兩橫梁的位置、應(yīng)為多少？解：靜水總壓力：（kN）總壓力作用位置：距渠底（m）對總壓力作用點取矩， 的作用點位置應(yīng)對應(yīng)于分屬區(qū)域的壓力中心，設(shè)壓力為，高度為的區(qū)域分屬于，（m）（m）（m）答：兩橫梁的位置m、m。第三章作業(yè)答案3.8已知速度場=，=，=。試求：（1）點（1，2，3）的加速度；（2）是幾維流動；（3）是恒定流還是非恒定流；（4）是均勻流還是非均勻流。解：（1）（m/s2）（m/s2）（m/s2）（m/s2）（2）二維運動，空間點的運動僅與、坐標有關(guān)；（3）為恒定流動，運動要素與無關(guān)；（4）非均勻流動。3.9管道收縮段長=

4、60cm，直徑=20cm，=10cm，通過流量=0.2，現(xiàn)逐漸關(guān)閉調(diào)節(jié)閥門，使流量成線性減小，在20s內(nèi)流量減為零，試求在關(guān)閉閥門的第10s時，管軸線上點的加速度（假設(shè)斷面上速度均勻分布）。解：解法一流量函數(shù)：直徑函數(shù)：流速方程：加速度：對A點：（m）（m3/s）代入得：（m/s2）解法二近似解法在（s）時，（m3/s），（m）（m/s2）答：在關(guān)閉閥門的第10s時，管軸線上點的加速度為m/s2。3.13不可壓縮流體，下面的運動能否出現(xiàn)（是否滿足連續(xù)性條件）？（2）=；=（3）=；=；=解：（2）能出現(xiàn)。（3）不能出現(xiàn)。第四章作業(yè)答案4.7一變直徑的管段，直徑=0.15m，=0.3m，高差=1

5、.2m，今測得=30，=40，處斷面平均流速=2.0.。試判斷水在管中的流動方向。解：以過A的水平面為基準面，則A、B點單位重量斷面平均總機械能為：（m）（m）水流從A點向B點流動。答：水流從A點向B點流動。4.12水箱中的水從一擴散短管流到大氣中，直徑=100mm，該處絕對壓強=0.8大氣壓，直徑=150mm，試求水頭，水頭損失忽略不計。解：（1）以出水管軸線為基準面，列管徑與處的伯努利方程，可得：取，kPa（m/s）（2）從液面到短管出口列能量（伯努利）方程。（m）答：水頭m。4.18閘下出流，平板閘門寬=2m，閘前水深=6m，閘后水深=1.5m，出流量=12，不計摩擦阻力，試求水流對閘門

6、的作用力，并與按靜水壓強分布規(guī)律計算的結(jié)果相比較。解：（1）由連續(xù)方程（m/s）（m/s）（2）由動量方程，取控制體如圖。（kN）（kN）答：水流對閘門的作用力kN，按靜水壓強分布規(guī)律計算的結(jié)果kN。4.19矩形斷面的平底渠道，其寬度為3m，渠底在某斷面處抬高0.5m，該斷面上游的水深為2m，下游水面降低0.15m，如忽略邊壁和渠底阻力，試求：（1）渠道的流量；（2）水流對底坎的沖力。解：（1）以上游渠底為基準面，列上、下游過水斷面的能力方程：其中：，m，m，m，m（m3/s）（m/s）（m/s）（2）取控制體如圖，列動量方程.（kN）答：（1）渠道的流量m3/s；（2）水流對底坎的沖力kN。

7、第七章習題答案選擇題（單選題）7.1比較在正常工作條件下，作用水頭，直徑相等時，小孔口的流量和圓柱形外管嘴的流量：（b）（a）；（b）9m；（b）=（34），（34），9m；（d）（34），9m。7.3圖示兩根完全相同的長管道，只是安裝高度不同，兩管的流量關(guān)系是：（c）（a）；（c）=；（d）不定。7.4并聯(lián)管道1、2，兩管的直徑相同，沿程阻力系數(shù)相同，長度=3，通過的流量為：（c）（a）=；（b）=1.5；（c）=1.73；（d）=3。7.5并聯(lián)管道1、2、3、A、B之間的水頭損失是：（d）（a）=+；（b）=+；（c）=+；（d）=。7.6長管并聯(lián)管道各并聯(lián)管段的：（c）（a）水頭損失相等

8、；（b）水里坡度相等；（c）總能量損失相等；（d）通過的流量相等。7.7并聯(lián)管道閥門為全開時各段流量為、，現(xiàn)關(guān)小閥門，其他條件不變，流量的變化為：（c）（a）、都減小；（b）減小，不變，減?。唬╟）減小，增加，減?。唬╠）不變，增加，減小。有一薄壁圓形孔口，直徑為10mm，水頭為2m?，F(xiàn)測得射流收縮斷面的直徑為8mm，在32.8s時間內(nèi)，經(jīng)孔口流出的水量為0.01，試求孔口的收縮系數(shù)，流量系數(shù)，流速系數(shù)及孔口局部損失系數(shù)。解： 答：孔口的收縮系數(shù)，流量系數(shù)，流速系數(shù)，孔口局部損失系數(shù)。薄壁孔口出流，直徑=2cm，水箱水位恒定=2m，試求：（1）孔口流量；（2）此孔口外接圓柱形管嘴的流量；（3）

9、管嘴收縮斷面的真空高度。解： （l/s）（l/s）以收縮斷面c-c到出口斷面n-n列伯努利方程：（m）答：（1）孔口流量L/s；（2）此孔口外接圓柱形管嘴的流量L/s；（3）管嘴收縮斷面的真空高度為m。7.10水箱用隔板分為、兩室，隔板上開一孔口，其直徑=4cm，在室底部裝有圓柱形外管嘴，其直徑=3cm。已知=3m，=0.5m，試求：（1），；（2）流出水箱的流量。解： 要保持不變，則補充水量應(yīng)與流出水量保持相等，即孔口出流量、管嘴出口流量均為。 可解得：（m）（m）（l/s）答：（1）m，m；（2）流出水箱的流量L/s。7.11有一平底空船，其船底面積為8，船舷高為0.5m，船自重為9.8k

10、N，現(xiàn)船底破一直徑10cm的圓孔，水自圓孔漏入船中，試問經(jīng)過多少時間后船將沉沒。解： 設(shè)船底到水面的水深為，船中水深為，下沉過程是平穩(wěn)的，則有：從孔口流入的流量為，為常數(shù)。 當船沉沒時： （s）答：經(jīng)過s后船將沉沒。7.12游泳池長25m，寬10m，水深1.5m，池底設(shè)有直徑10cm的放水孔直通排水地溝，試求放凈池水所需的時間。解： 設(shè)池內(nèi)水深為時，為水流量為（h）設(shè)水池中的水量為，則水量減少量為答：放凈池水所需的時間為h。7.13油槽車的油槽長度為，直徑為，油槽底部設(shè)有卸油孔，孔口面積為，流量系數(shù)為，試求該車充滿油后所需卸空時間。解：設(shè)當油箱中漏深為時，瞬時泄油量為。其中 ，； 當時，當 當

11、時其中積分可得：答：該車充滿油后所需卸空時間為。7.14虹吸管將池中的水輸入池，已知長度=3m，=5m，直徑=75mm，兩池水面高差=2m，最大超高=1.8m，沿程摩阻系數(shù)=0.02，局部損失系數(shù)：進口=0.5，轉(zhuǎn)彎=0.2，出口=1，試求流量及管道最大超高斷面的真空度。解： 以下游水面為基準面，從上池水面到下池水面列伯努利方程：（m/s）（L/s）從C過流斷面到下池水面列伯努利方程：取m答：流量L/s，管道最大超高斷面的真空度為m。7.15風動工具的送風系統(tǒng)由空氣壓縮機、貯氣筒、管道等組成，已知管道總長=100mm，直徑=75mm，沿程摩阻系數(shù)=0.045，各項局部水頭損失系數(shù)之和=4.4，

12、壓縮空氣密度=7.86， 風動工具要求風壓650kPa，風量0.088，試求貯氣筒的工作壓強。解： 從貯氣筒到風動工具入口列伯努利方程，忽略高差，則有： （kPa）答：貯氣筒的工作壓強為kPa。7.16水從密閉容器，沿直徑=25mm，長=10m的管道流入容器，已知容器水面的相對壓強=2at，水面高=1m，=5m，沿程摩阻系數(shù)=0.025，局部損失系數(shù)：閥門=4.0，彎頭=0.3，試求流量。解： 以地面為基準面，從池面到池面列伯努利方程：??；，則有（m/s）（l/s）答：流量l/s。7.17水車由一直徑=150mm，長=80m的管道供水，該管道中有兩個閘閥和4個90彎頭（=0.03，閘閥全開=0

13、.12，彎頭=0.48）。已知水車的有效容積為25， 水塔具有水頭=18m，試求水車充滿水所需的最短時間。解： 以管出水口為基準面，列伯努利方程：（m/s）（l/s）（s）（min）答：水車充滿水所需的最短時間為min。7.18自密閉容器經(jīng)兩段串聯(lián)管道輸水，已知壓力表讀值=1at，水頭=2m，管長=10m，=20m，直徑=100mm，=200mm， 沿程摩阻系數(shù)=0.03，試求流量并繪總水頭線和測壓管水頭線。解： 以管中心線為基準面，從容器水面到出口斷面列伯努利方程：，可求得：（m/s）（m/s）（L/s）（m）（m）答：流量L/s，總水頭線和測壓管水頭線見上圖。7.19水從密閉水箱沿垂直管道

14、送入高位水池中，已知管道直徑=25mm，管長=3m，水深=0.5m，流量=1.5L/s，沿程摩阻系數(shù)=0.033，局部損失系數(shù)：閥門 =9.3， 入口=1，試求密閉容器上壓力表讀值，并繪總水頭線和測壓管水頭線。解： 以下池水面為基準面，列伯努利方程：（kPa）（m/s）xH (m)Hp (m)-h11.58 / 11.1011.58 / 10.63l3.977 / 3.53.5 / 3.5l+h3.53.5閥4.444.44答：密閉容器上壓力表讀值kPa，總水頭線和測壓管水頭線見上圖。7.20工廠供水系統(tǒng)，由水塔向、三處供水，管道均為鑄鐵管，已知流量=10，=5，=10，各段管長=350m，=

15、450m，=100m，各段直徑=200mm，=150mm，=100mm，整個場地水平，試求所需水頭。解： 以水平面為基準面，從水塔水面到斷面出口列伯努利方程：其中：，取，查表7-3可得：；（l/s）；（l/s）；（l/s）代入可得：（m）答：所需水頭為m。7.21在長為2，直徑為的管道上，并聯(lián)一根直徑相同，長為的支管（圖中虛線），若水頭不變，不計局部損失，試求并聯(lián)支管前后的流量比。解： 并聯(lián)前，設(shè)管道的比阻為，則有：，并聯(lián)后，總流為，兩支路的流量為答：并聯(lián)支管前后的流量比為。7.22有一泵循環(huán)管道，各支管閥門全開時，支管流量分別為、，若將閥門開度變小，其他條件不變，試論證主管流量怎樣變化，支管

16、流量、 怎樣變化。解： 設(shè)主管阻抗為，支管阻抗為，。主管損失為，支管損失為。水泵揚程 對離心泵，一般有，成立。即減小，而增加，減小，故增加。又，當增加時，不變，故增加減少答：主管流量減小，支管流量減少、增加。7.23電廠引水鋼管直徑=180mm，壁厚=10mm，流速=2，工作壓強為1106Pa，當閥門突然關(guān)閉時，管壁中的應(yīng)力比原來增加多少倍？解： 其中 （m/s）其中Pa；Pa；mm；mm（m）（kPa）管中壓強增大的倍數(shù)為倍。答：管壁中的應(yīng)力比原來增加倍。7.24輸水鋼管直徑=100mm，壁厚=7mm，流速=1.2，試求閥門突然關(guān)閉時的水擊壓強，又如該管道改為鑄鐵管水擊壓強有何變化？解： 對

17、鋼管：（m/s）對鑄鐵：（m/s）（m）（m）PaPa答：閥門突然關(guān)閉時的水擊壓強為Pa，該管道改為鑄鐵管水擊壓強為Pa。7.25水箱中的水由立管及水平支管流入大氣，已知水箱水深=1m，各管段長=5m，直徑=25mm，沿程摩阻系數(shù)=0.0237，除閥門阻力（局部水頭損失系數(shù)）外，其他局部阻力不計，試求：（1）閥門關(guān)閉時，立管和水平支管的流量、；（2）閥門全開（=0）時，流量、；（3）使=， 應(yīng)為多少？解：（1）閥門關(guān)閉。（m/s）（L/s）（2）閥門全開。設(shè)結(jié)點處壓強為，以水平管為基準面，則有：；可得：其中再從水池面到出口列能量方程： 可得：解得：故 ，不合題意。代入方程中可得：（L/s），（L/s），（L/s）（3）設(shè)置閥門開度，使時，閥門阻力系數(shù)為。則有 及 ， /可得：（L/s）（l/s）答：（1）閥門關(guān)閉時，立管和水平支管的流量、L/s；（2）閥門全開（=0）時，流量L/s、L/s；（3）使=，應(yīng)