國(guó)開(kāi)(電大)《流體力學(xué)》形考作業(yè)17參考答案

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是為了在工程應(yīng)用中簡(jiǎn)化計(jì)算。5．如圖所示，水流通過(guò)由兩段等截面及一段變截面組成的管道，試問(wèn)：（1是均勻流還是非均勻流？（2（3）恒定流情況下，當(dāng)判別第II段管中是漸變流還是急變流時(shí)，與該段管長(zhǎng)有無(wú)關(guān)系？參考答案：（1）是恒定流。Ⅰ、Ⅲ是均勻流，Ⅱ是非均勻流。（2）管中為非恒定流。（3）有。管段相當(dāng)長(zhǎng)為漸變流，管段較短為急變流。四、計(jì)算題（請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）1．恒定二維流動(dòng)的速度場(chǎng)為uαxu，其中秒α1秒1）論證流線方-1xzy程為2）繪出C＝0、1及4m3）求出質(zhì)點(diǎn)加速度的表達(dá)式。2參考答案：解：uuxyuuuuuaxxxtxyxxyuuuauuyyytxyyxyaaya2xa2xy2．試檢驗(yàn)下述不可壓縮流體的運(yùn)動(dòng)是否存在？uu2xy,u2yz,uxy)zxy22xyz,u,uxyz參考答案：uuuyxzxyz10cm,dcm,d2.5cmd123Vm/s3參考答案：10l/sQvA333v0.25m/s。v0.0625m/s,12dv112vQ2va及v22參考答案：31.4l/sQv4m/s2a(xy)，及。auu222yxuuaxxy2xyuuaxy是222axyauuuuuxxxtxyxxyutuuauuyyyxyyxyu（3）用無(wú)旋流數(shù)學(xué)表達(dá)式1(u)yx2yxz形考作業(yè)4（A）ρg)+(u/2g)=ρg)+(u/2g)+h`Z+(P/12Z+(P/221212ω式中，、1ZZ221uug為2g為12h`12ωρg)+(u/2g)=ρg)+(u/2g)2Z+(P/12Z+(P/21212ρg)+(αν/2g)=ρg)+(αν/2g)+h2Z+(P/12Z+(P/2112212ωp(z)gpcgz。pc。gz2211p為A為211面A為h為0.522p22,2pp=o;2=mHo222gg232123333v2。1AABBBABAB從A流向B。為d12QK12.6h3sQ3psg2h為Cv,v112kN22與ρg)+(αν/2g)=ρg)+(αν/2g)+h2h+(P/12h+(P/2112212ω因?yàn)?=，h=α=1，于是PPP1212αω+ν/2g=ν/2g（a）h12h+2122由連續(xù)方程，得ν1νh=1h22將hh（a）和12ν=1.83m/s,ν=4.58m/s12（2）求1-1斷面和2-2斷面的動(dòng)水壓力11P=ρbh=×100010××1.5=2.2510N=22.5KN224112211P=ρbh=×100010××0.6=0.3610N=3.6KN2242222（3）計(jì)算過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁縌=Aν=0.6×24.58=5.50m/s322（4）沿x方向?qū)憚?dòng)量方程式令壩面對(duì)水體的反作用力在水平方向的分力為，方向向左。沿x方向的動(dòng)量方程為ρ（βν-βν）=P-P-R221112R=P-P-ρ（ν-ν）=22.5-3.6-15.504.58-1.83）1221=3.77kN所以壩面對(duì)水體的反作用力R的方向與所設(shè)的方向相同。水流對(duì)壩面的作用力與R大小相等，方向相反。形考作業(yè)5一、選擇題1．管道中液體的雷諾數(shù)與（）無(wú)關(guān)。A.管長(zhǎng)B.流速C.管徑D.溫度2．某圓管直徑d=30mm，其中液體平均流速為20cm/s。液體粘滯系數(shù)為0.0114cm3/s，則此管中液體流態(tài)為（A.紊流B.層流C.層流向紊流過(guò)渡3．等直徑圓管中紊流的過(guò)流斷面流速分布是（A.呈橢圓曲線分布B.呈拋物線分布C.呈對(duì)數(shù)線分布D.呈雙曲線分布4．等直徑圓管中的層流，其過(guò)流斷面平均流速是圓管中最大流速的（A.1/4倍B.1.0倍C.1/2倍D.1/3倍5．圓管中的層流的沿程損失與管中平均流速的（）成正比.A.一次方B.二次方C.四次方D.三次方6．圓管的水力半徑是（A.d/4B.d/3C.d/2D.d/57．謝才公式中謝才系數(shù)的單位是（A.m/s1/2B.m/s2C.無(wú)量綱D.m/s3/28．判斷層流和紊流的臨界雷諾數(shù)是（A.上下臨界雷諾數(shù)代數(shù)平均B.上下臨界雷諾數(shù)幾何平均C.上臨界雷諾數(shù)D.下臨界雷諾數(shù)二、判斷題1234,其過(guò)流斷面平均流速是圓管中最大流速的1/256三、簡(jiǎn)答題1．圓管中層流與紊流，其流速分布有什么不同？參考答案：答:層流為拋物線分布，紊流為對(duì)數(shù)曲線分布。也可以畫(huà)圖)2．簡(jiǎn)述尼古拉茲實(shí)驗(yàn)中沿程阻力系數(shù)λ的變化規(guī)律。參考答案：答:層流:λ；水力光滑區(qū):λ；過(guò)渡粗糙區(qū):λ=f(Re,K/d)粗糙區(qū)阻力平方區(qū)):λ=f(K/d)3．寫(xiě)出管流和明渠水流雷諾數(shù)的表達(dá)式，并說(shuō)明其層流、紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)？參考答案：答：管流：Re=vd/vRe<2000層流)Re>2000紊流)明渠水流：Re=vR/vRe<500(層流)Re>500紊流4．雷諾數(shù)的物理意義？它為什么能用來(lái)判別流態(tài)？參考答案：答:,而粘性力占主導(dǎo),態(tài)。5．當(dāng)輸水管直徑一定時(shí)，隨流量增大，雷諾數(shù)是增大還是變??？當(dāng)輸水管流量一定時(shí)，隨管徑加大，雷諾數(shù)是增大還是變??？參考答案：答：當(dāng)輸水管直徑一定時(shí)，隨流量增大，雷諾數(shù)增大；當(dāng)輸水管流量一定時(shí)，隨管徑加大，雷諾數(shù)變小。6參考答案：答：不一定。7．能量損失有幾種形式？產(chǎn)生能量損失的物理原因是什么？參考答案：答:有沿程能量損失和局部能量損失兩種。一是因?yàn)榱黧w具有粘滯性，二是因?yàn)楣腆w邊界條件的影響。四、計(jì)算題（請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）1．有已輸油管，管長(zhǎng)l=100m,管徑d=5cm，已知油的密度ρ=930kg/m，動(dòng)力粘3滯系數(shù)μ=0.072N·s/mQ=0.005m/s23計(jì)算輸油管的沿程水頭損失h。f參考答案：解：(1)計(jì)算雷諾數(shù)判別流態(tài)。(2)計(jì)算沿程阻力系數(shù)λ。(3)計(jì)算沿程水頭損失h。f層流沿程水頭損失h=25.74m(油柱)f2．水管直徑d=10mm，管中水流流速，水溫T=101）試判別其流o2）若流速與水溫不變，管徑改變?yōu)?0mm，管中流態(tài)又如何？（3）若流速與水溫不變，管流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)，水管直徑為多大？參考答案：1）查表,求運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)v,計(jì)算雷諾數(shù)判別流態(tài)。其流態(tài)是：層流（2）同上其流態(tài)是：紊流（3）設(shè)雷諾數(shù)等于2000，求管徑。d=13.06mm3．有一圓管，在管內(nèi)通過(guò)v=0.013cm/s的水，測(cè)得通過(guò)的流量為Q=35cm，22在管長(zhǎng)15m的管段上測(cè)得水頭損失為2cm，試求該圓管內(nèi)徑d。參考答案：1）設(shè)管中水流為層流，推導(dǎo)出沿程阻力系數(shù)λ表達(dá)式并代入數(shù)據(jù)；（2）將上式再代入達(dá)西公式hf=λ(l/d)(v2/2g)并化簡(jiǎn)，代入數(shù)據(jù)求管徑。d=14.2mm4d=100mmT=10o參考答案：解：紊流5J=0.0009b=2mh=1m，粗糙系數(shù)n=0.014參考答案：解：濕周χ=b+2h=2+2×1=4m面積A=bh=21=2m2水力半徑R=A/χ=2/4=0.5m（1）代入曼寧公式1Rn16=1(0.5)1≈63.636m21/sC=6代入謝齊公式v=C√RJ=63.636××0.0009≈1.35m/s明渠中通過(guò)的流量2=2.73/s（2）代入巴氏公式由于0.1m≤R≤3.0m,符合巴氏公式y(tǒng)=2.5√n?0.13?0.75√R(√n?0.1)=2.5√0.014?0.13?0.75√0.5(√0.014?0.1)≈0.1561Ry=1×≈64.108m21/sC=nv=C√RJ=64.108×√0.5×0.0009≈1.36m/s明渠中通過(guò)的流量Q=vA=1.362=2.72m3/s6d=150mmd=75mm，12l=50m?=0.6mm20v，o2求（1）水位2）繪出總水頭線和測(cè)壓管水頭線。參考答案：7．某一水池，水位恒定，通過(guò)一根管徑d=100mm、管長(zhǎng)l=800m的管道，已知水池水面和管道出口高差H=20m，管道上有兩個(gè)彎頭，每個(gè)彎頭的局部阻力系數(shù)ζ=0.3，管道進(jìn)口是直角進(jìn)口（ζ=0.5）管道全長(zhǎng)的沿程阻力系數(shù)λ=0.025，試求通過(guò)管道的流量。參考答案：程：H=∑h+∑h+vv為出口流速。由連續(xù)性方程，管道速度一致，都2fj為。其中，∑h=h=λ（l·v2）/(d·2g)ff∑h有三部分，兩個(gè)彎頭和一個(gè)突然縮小，h=ζ·v/2g2jjv2∑h=2×0.3×+0.5v/2g2jH=∑h+∑h+v可寫(xiě)為20m=(0.025800/0.1+20.3+0.5+1)v/2g22fj計(jì)算出V=1.393m/s,流量πd2×0.393=0.011m/s24形考作業(yè)6一、選擇題1．虹吸管正常工作，其頂部的真空值一般不大于（）水柱高。A.10mB.9mC.7.5mD.6.0m2．短管淹沒(méi)出流的計(jì)算時(shí)，作用水頭為（A.短管出口中心至上游水面高差B.短管出口中心至下游水面高差C.上下游水面高差3．外延管嘴正常工作的條件是（A.管長(zhǎng)=(3-4)d，作用水頭0.75B.作用水頭大于0.75C.管長(zhǎng)大于3-4倍的管徑D.作用水頭小于0.754．按短管進(jìn)行水力計(jì)算的管路是（A.虹吸管B.倒虹吸管C.環(huán)狀管網(wǎng)D.支狀管網(wǎng)二、判斷題1．計(jì)算阻力損失時(shí)，短管既要考慮局部阻力損失，也要考慮沿程阻力損失，長(zhǎng)234．管嘴收縮斷面的真空度與作用水頭成正比，作用水頭越大，收縮斷面的真空5．同一短管，在自由出流和淹沒(méi)出流條件下，流量計(jì)算公式的形式及流量系數(shù)6．兩孔口形狀、尺寸完全相同，作用水頭相同，一個(gè)為自由出流，一個(gè)為淹沒(méi)三、簡(jiǎn)答題1．為什么管嘴出流時(shí)，阻力增加了，泄流量反而增大？參考答案：下管嘴出流比孔口出流的流量大。2．寫(xiě)出薄壁小孔口出流的收縮系數(shù)ε，流速系數(shù)和流量系數(shù)μ的表達(dá)式。參考答案：收縮系數(shù)：ε=A/AC流量系數(shù)：μ=Q/(A√2gH0)=μ/ε流速系數(shù)：=1/√1+ζc3．外延管嘴的正常工作條件是什么？參考答案：管嘴長(zhǎng)：l=（3~4）d≤9.0mHo。2四、計(jì)算題（請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）1H=1.5mH=2.0m,管長(zhǎng)l=l=5.0md=d=0.1m，121212沿程損失系數(shù)λ=0.02，進(jìn)口設(shè)攔污柵，進(jìn)口局部損失系數(shù)ζ=10.0，彎管局部損1失系數(shù)ζ=0.15。求該虹吸管的過(guò)流量、管中最大真空值，并定性繪出其測(cè)壓管2水頭線。參考答案：此題屬短管的水力計(jì)算，可以用能量方程求解，也可直接用公式。要點(diǎn)有2。（1）局部損失系數(shù)要考慮周全（共3（2）此題，管中最大真空值發(fā)生在最高處。Q=0.0117m/s3（ρ）=3.369mHoV22．一水塔供水系統(tǒng)如圖所示，已知管道末端要求的自由水頭Hz=10m，管徑d=450mmd=350mmd=250mmL=100mL=100mL=100mq=0.101231231mq=0.08mq=0.05mn=0.02。33323參考答案：此題屬短管的水力計(jì)算，也可直接用公式求解。要點(diǎn)有3。（1）長(zhǎng)管公式要記住，應(yīng)注意修正。（2）管中（節(jié)點(diǎn)）流量要算對(duì)。（3）題目中給出了管道的粗糙系數(shù)，意指管流在粗糙區(qū)，不必修正，但要記住以下公式，1C=R;λ=8g/c;s=8d;H=slQ1/62252nH=15.1m3．圓形有壓涵管穿過(guò)路基，管長(zhǎng)l=50m，管徑d=1.0m，上下游水位差H=3m，管路沿程阻力系數(shù)λ=0.03，局部阻力系數(shù)：進(jìn)口ζa=0.5，彎管ζb=0.65，水下出口ζ=1.0，求通過(guò)流量？參考答案：因?yàn)楹拥垒^寬，忽略上下游流速的影響，以下游水面為基準(zhǔn)面列能量方程：H+0+0=0+0+hwl+ζa+ζb+ζ）2H=hλwd+0.5+2×0.65+1)2=(0.03112×9.81×3=3.936m/s流速：v=√2=3.9362=3.09m/s通過(guò)流量：Q=v344形考作業(yè)7一、選擇題1．對(duì)于管道無(wú)壓流，當(dāng)充滿度分別為（）時(shí)，其流量和速度分別達(dá)到最大。A.1.0，1.0B.0.95，0.81C.0.5，0.5D.，0.812．對(duì)于a，b，c）A.所有、c型曲線都是降水曲線，即dh/ds<0，水深沿程減小。B.所有b型曲線都是壅水曲線，即dh/ds>0，水深沿程增大。C.所有b型曲線都是降水曲線，即dh/ds<0，水深沿程減小。D.所有、c型曲線都是壅水曲線，即dh/ds>0，水深沿程增大。3．跌水的形成條件是（A.從急流過(guò)渡到急流B.從急流過(guò)渡到緩流C.從緩流過(guò)渡到急流D.從緩流過(guò)渡到緩流4．水躍的形成條件是（A.從緩流過(guò)渡到急流B.從急流過(guò)渡到緩流C.從緩流過(guò)渡到緩流D.從急流過(guò)渡到急流5．兩段長(zhǎng)直的棱柱形渠道，通過(guò)的流量相同（A.底寬不同（b>bi,n,m,Qh>h120102B.粗糙系數(shù)不同（n>nn,b,m,Qh>h120102C.邊坡系數(shù)不同（m1>m2i,n,b,Qh>h0102D.底坡不同（i>ii,b,m,Qh>h1201026．一梯形斷面渠道，底寬b=2m，邊坡系數(shù)m=1.0，明渠中的水深h=0.5m，則濕周、水力半徑R分別為（A.3.5，0.30B.3.414，0.30C.3.5，0.366D.，0.366二、判斷題12345．談到某水流是臨界流、急流、緩流,這是以明渠斷面尺寸、流量一定為前題而6三、簡(jiǎn)答題1．簡(jiǎn)述明渠均勻流的水力特征及其形成條件。參考答案：明渠均勻流的水力特征：（1）底坡線，水面線，總線頭線三線平行，即i=J=J。P（2）水深h，過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA，斷面平均流速及斷面流速分布沿程不變。明渠均勻流形成條件：（1）流量恒定。（2）必須是長(zhǎng)直棱柱形渠道，糙率n不變。（3）底坡i不變。2．簡(jiǎn)述明渠水流