2021年西南大學(xué)水力學(xué)作業(yè)及答案資料

1、 11/112021年西南大學(xué)水力學(xué)作業(yè)及答案資料 2017年西南大學(xué)水力學(xué)作業(yè)及答案 28、圓管層流沿程水頭損失系數(shù)的計(jì)算公式為 64/Re 29、有一水平分叉管中液流流動(dòng)如圖示，已知Q2=Q3=0.5Q1，A2=A3=0.5A1，各斷面形心位 于同一水平面內(nèi)，取1=2=3，忽略水頭損失，則22斷面的形心點(diǎn)壓強(qiáng)p2與11斷 面形心點(diǎn)壓強(qiáng)p 1的關(guān)系為 本題參考答案： 相等 30、水平射流流量為Q、以速度v射向固定平板，則射流對(duì)平板的水平作用力F 為。 本題參考答案： F=Qv (方向水平向右) 31、作層流運(yùn)動(dòng)的牛頓流體，其層間切應(yīng)力為 本題參考答案： 32、當(dāng)管道尺寸及粗糙度一定時(shí)，隨著流

2、量的加大，紊流流區(qū)的變化是 本題參考答案： 光滑區(qū)過(guò)渡粗糙區(qū)粗糙區(qū) 33、圖示容器內(nèi)液面壓強(qiáng)p0為 P a。 本題參考答案： 9800 34、如圖所示：水箱一側(cè)接一串聯(lián)管道，已知末端管徑d=0.2m，流速v=5m/s，分流量q=0.2m3/s，則水箱出流量Q為 m3/s。 本題參考答案： 0.3571 35、紊流過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植急葘恿鬟^(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植?答：均勻 36、明渠均勻流的力學(xué)特征是 本題參考答案： 重力沿流程的分量=邊壁摩阻力 37、簡(jiǎn)述雷諾數(shù)R e、弗勞德數(shù)Fr的物理意義。 本題參考答案： 是根據(jù)管路中沿程水頭損失加流速水頭與局部水頭損失所占的比重分為長(zhǎng)管、短管。 （1）長(zhǎng)管

3、：水頭損失以h f為主，在總損失中所占比重很小， 可忽略不計(jì)或可按h f的百分?jǐn)?shù)計(jì)算的管道。 （2）短管：在總損失中占有一定的比重，計(jì)算時(shí)不能忽略的管道。 38、何為連續(xù)介質(zhì)模型？水力學(xué)研究中引入連續(xù)介質(zhì)模型的可行性和必要性是什么？ 本題參考答案： 連續(xù)介質(zhì)模型：假設(shè)液體是一種充滿其所占據(jù)空間的毫無(wú)空隙的連續(xù)體。 引入可能性：水力學(xué)所研究的，是液體在外力作用下的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而不研究其微觀運(yùn)動(dòng)。在常溫下，水相鄰分子間的距離與我們所要研究的液流特征尺度相比是極其微小的。 引入必要性：有了連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，就可以擺脫分子運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，在研究液體的宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以將液體視為均勻的連續(xù)體，其每個(gè)空間點(diǎn)和每個(gè)

4、時(shí)刻都有確定的物理量，且都是空間和時(shí)間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。這樣，我們就可以運(yùn)用連續(xù)函數(shù)的方法來(lái)分析液體的平衡和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 39、簡(jiǎn)述尼古拉茲實(shí)驗(yàn)中沿程水力摩擦系數(shù)的變化規(guī)律。 答： 通過(guò)尼古拉茲實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：在層流中僅是雷諾數(shù)Re的函數(shù)并與Re成反比；在層流到紊流過(guò)渡區(qū)，僅是Re的函數(shù)；在紊流光滑區(qū) =f1（Re）；過(guò)渡區(qū)=f2（Re，/R）；粗糙區(qū)=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

5、線重合。 41、簡(jiǎn)述過(guò)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，水平面不能任意選取，且一般情況下同一題目不同的過(guò)水?dāng)嗝婊鶞?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(jiǎn)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

6、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(zhǎng)而直的棱柱形順坡渠道； 4. 糙率n沿程不變； 5.渠道中無(wú)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)：h1=h2=h； 2. 等速流動(dòng)：V1=V2=V； 3. 總水頭線 / 水面線 / 渠底線，J=Jp=i。 43、“均勻流一定是恒定流”，這種說(shuō)法是否正確？為什么？ 本題參考答案： 這種說(shuō)法錯(cuò)誤的。均勻是相對(duì)于空間分布而言，恒定是相對(duì)于時(shí)間而言。當(dāng)流量不變通過(guò)一變直徑管道時(shí)，雖然是恒定流，但它不是均勻流。 解：（1）判別流態(tài)，將油量Q換成體積流量Q （2）由層流的性質(zhì)可知：

7、 （3） 解： （1）判別流態(tài) ，屬于紊流（2）要使管內(nèi)液體層流運(yùn)動(dòng)，則需 即 解： 代入 沿軸向?qū)憚?dòng)量方程： 每個(gè)螺栓受力 解：（1）以水箱地面為基準(zhǔn)，對(duì)自由液面11斷面和虹吸管下端出口處22斷面建立伯努利方程，忽略水頭損失，則 其中則 管內(nèi)體積流量： （2）以管口22斷面為基準(zhǔn)，對(duì)自由液面11斷面即管內(nèi)最高點(diǎn)S點(diǎn)為中心斷面，列伯努利方程，忽略水頭損 失，則 其中 即 故S點(diǎn)的真空壓強(qiáng) （3）當(dāng)h不變時(shí)，S點(diǎn)a增大時(shí)，當(dāng)S點(diǎn)壓強(qiáng)等于水的 氣化壓強(qiáng)時(shí)，此時(shí)S點(diǎn)發(fā)生水的汽化，管內(nèi)的流動(dòng)即終止。查相關(guān)表可知，在常溫下（15攝氏度）水的汽化壓強(qiáng)為1697Pa（絕對(duì)壓強(qiáng)），以管口22斷面為基準(zhǔn)，列S

8、點(diǎn)位中心的斷面及斷面22的伯努利方程（忽略水頭損失） 其中 即 伯努利方程中兩邊的壓強(qiáng)性質(zhì)要相同，由于Ps為絕對(duì)壓強(qiáng)，因此出口處也為絕對(duì)壓力。 解： 解：木塊重量沿斜坡分力F與切力T平衡時(shí)，等速下滑 解：（1）計(jì)算臨界水深，判斷收縮斷面和下游水流流態(tài)， 因?yàn)槭湛s斷面水深為急流，下游水深 為緩流，所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。 （2）計(jì)算收縮斷面處水深的共軛水深 因?yàn)椋撍S為遠(yuǎn)驅(qū)水躍。 （3）溢流壩下游發(fā)生遠(yuǎn)驅(qū)水躍，需要修建消力池。 估算消力池深d，取水躍淹沒(méi)系數(shù) 則池深約為 解： 52、有一傾斜放置的漸粗管如圖所示，A-A與B-B兩過(guò)水?dāng)嗝嫘涡狞c(diǎn)的高差為1.0m。斷面A-A管徑da=200mm

9、，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(guò)管道的流量。 解：（1） 得 所以水流從AA斷面流向BB斷面 （2） （3） 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： 在v1、v2已確定的條件下，求產(chǎn)生最小h m2的v值： 即當(dāng)時(shí)，局部水頭損失最小，此時(shí)水頭損失為： 由此可見(jiàn)，分兩次擴(kuò)大可減少一半的局部水頭損失。 解：（1）求流量。以通過(guò)上游渠底的水平面為基準(zhǔn)面，在坎底上下游漸變流段，選取11斷面，22斷面，列伯努 利方程： 在

10、明渠流動(dòng)中，根據(jù)漸變流的特性，過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的總 測(cè)壓管水頭都相等。但是，將計(jì)算點(diǎn)選取在水面上，其壓強(qiáng)P=0（以相對(duì)壓強(qiáng)計(jì)），取動(dòng)能修正系數(shù) ，列伯努利方程簡(jiǎn)化為 由連續(xù)方程， 代入上式 求得 流量 （2）求水流對(duì)坎底的沖擊力。取過(guò)水?dāng)嗝?1，斷面22，水流表面及壁面所圍成的空間為控制體，選直角坐標(biāo)系xOy，令Ox軸方向與流動(dòng)方向一致，列Ox方向的動(dòng)量方程 作用在控制體內(nèi)水流上的力有 R為坎底對(duì)水流的作用力，假設(shè)此力沿Ox軸方向，是待求量將各量帶入動(dòng)量方程得： 水流對(duì)坎底的沖擊力R與R大小相等，方向相反。 解： （1）t=10時(shí)，符合舍維列夫公式條件，因v1.2m/s，故由式（539）有 （2

11、）t=15時(shí)，由式（17）得 由表51查得當(dāng)量粗糙高度=1.3mm，則由式（541）得， 解：左側(cè)水作用于閘門的壓力： 右側(cè)水作用于閘門的壓力： ? x=0.795m 解：因?yàn)?所以在管壁處： r=0.05m處： 水頭損失： 解：設(shè)甘油密度為1，石油密度為2，做等壓面11，則有 解：對(duì)斷面11和斷面22應(yīng)用伯努利方程， 設(shè)斷面22與右邊水銀面高差為L(zhǎng)，則 整理得： 利用連續(xù)性方程，則 V2=2.2231m/s 從本題看出，用文丘里流量計(jì)測(cè)量管道流量時(shí)，Q的一般計(jì)算式為 如果用U型水銀壓差計(jì)測(cè)量水壓，則Q的計(jì)算式為 值得注意的是，文丘里流量計(jì)無(wú)論是水平，傾斜或者豎直放置，其計(jì)算公式都是一樣的。 解：作用在閘門上的總壓力： 作用點(diǎn)位置： 解：水平分力： 壓力體體積： 鉛錘分力： 合力