水力學(xué)(聞德蓀)習(xí)題答案第四章

選擇題〔單項(xiàng)選擇題〕等直徑水管，A-A為過流斷面，B-B為水平面，1、2、3、4為面上各點(diǎn)，各點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)有以下關(guān)系：〔c〕〔a〕=；〔b〕=；〔c〕+=+；〔d〕+=+。伯努利方程中++表示：〔a〕〔a〕單位重量流體具有的機(jī)械能；〔b〕單位質(zhì)量流體具有的機(jī)械能；〔c〕單位體積流體具有的機(jī)械能；〔d〕通過過流斷面流體的總機(jī)械能。水平放置的漸擴(kuò)管，如忽略水頭損失，斷面形心點(diǎn)的壓強(qiáng)，有以下關(guān)系：〔c〕〔a〕>；〔b〕=；〔c〕<；〔d〕不定。黏性流體總水頭線沿程的變化是：〔a〕〔a〕沿程下降；〔b〕沿程上升；〔c〕保持水平；〔d〕前三種情況都有可能。黏性流體測(cè)壓管水頭線的沿程變化是：〔d〕〔a〕沿程下降；〔b〕沿程上升；〔c〕保持水平；〔d〕前三種情況都有可能。平面流動(dòng)具有流函數(shù)的條件是：〔d〕無(wú)黏性流體；〔b〕無(wú)旋流動(dòng)；〔c〕具有速度勢(shì)；〔d〕滿足連續(xù)性。，直徑=，=，高差=，今測(cè)得=30，=40，處斷面平均流速=.。試判斷水在管中的流動(dòng)方向。解：以過A的水平面為基準(zhǔn)面，那么A、B點(diǎn)單位重量斷面平均總機(jī)械能為：〔m〕〔m〕∴水流從B點(diǎn)向A點(diǎn)流動(dòng)。答：水流從B點(diǎn)向A點(diǎn)流動(dòng)。4.8利用皮托管原理，測(cè)量水管中的點(diǎn)速度。如讀值=60mm，求該點(diǎn)流速。解：〔m/s〕答：該點(diǎn)流速m/s。4.9水管直徑50mm，末端閥門關(guān)閉時(shí)，壓力表讀值為21，如不計(jì)水頭損失，求通過的流量。解：〔1〕水箱水位〔m〕〔2〕閥門開啟后，從水箱液面到儀表處列伯努利方程，可得：∴〔m/s〕〔m3/s〕答：通過的流量m3/s。4.10水在變直徑豎管中流動(dòng)，粗管直徑=300mm，流速=6。為使兩斷面的壓力表讀值相同，試求細(xì)管直徑〔水頭損失不計(jì)〕。解：以過下壓力表處的水平面為基準(zhǔn)面，列伯努利方程如下：∵，m，取，當(dāng)時(shí)，有：〔m/s〕由連續(xù)性方程∴〔mm〕答：細(xì)管直徑為mm。4.11為了測(cè)量石油管道的流量，安裝文丘里流量計(jì)，管道直徑=200mm，流量計(jì)喉管直徑=100mm，石油密度=850，流量計(jì)流量系數(shù)=0.95?，F(xiàn)測(cè)得水銀壓差計(jì)讀書=150mm，問此時(shí)管中流量是多少。解：其中：；〔m〕〔m3/s〕〔l/s〕答：此時(shí)管中流量l/s。4.12水箱中的水從一擴(kuò)散短管流到大氣中，直徑=100mm，該處絕對(duì)壓強(qiáng)=0.5大氣壓，直徑=150mm，試求水頭，水頭損失忽略不計(jì)。解：〔1〕以出水管軸線為基準(zhǔn)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?！瞞〕答：水頭m。從大氣中吸入空氣，直徑=200mm處接一根細(xì)玻璃管，管中的水上升=150mm，求進(jìn)氣流量〔空氣的密度=〕。解：以集流器軸線的水平面為基準(zhǔn)面，從距進(jìn)口一定距離的水平處列到測(cè)管處的伯努利方程，可得：不計(jì)損失，取∴其中，那么∴〔m/s〕〔m3/s〕答：進(jìn)氣流量m3/s。4.14一吹風(fēng)裝置，進(jìn)排風(fēng)口都直通大氣，風(fēng)扇前、后斷面直徑==1m，排風(fēng)口直徑=，排風(fēng)口風(fēng)速=40，空氣的密度=，不計(jì)壓強(qiáng)損失，試求風(fēng)扇前、后斷面的壓強(qiáng)和。解：以過軸線的水平面為基準(zhǔn)面，以及截面列伯努利方程：其中，〔m/s〕，，∴〔Pa〕從大氣到斷面，列伯努利方程：其中，〔相對(duì)壓強(qiáng)〕，∴〔Pa〕答：風(fēng)扇前、后斷面的壓強(qiáng)Pa，Pa。形管，管內(nèi)液柱長(zhǎng)度為，使液面離開平衡位置而造成液柱振蕩，水頭損失忽略不計(jì)，求液柱的振蕩方程=。解：取0-0斷面為基準(zhǔn)面，由非恒定流的伯努利方程：∵，，，∴∴∵∴令，那么答：液柱的振蕩方程。4.16水力采煤用水槍在高壓下噴射強(qiáng)力水柱沖擊煤層，噴嘴出口直徑=30mm，出口水流速度=54，求水流對(duì)煤層的沖擊力。解：取控制體如圖，受力如圖。∴〔kN〕水流對(duì)煤層的作用力與構(gòu)成作用力與反作用力，大小為kN，方向向右。答：水流對(duì)煤層的沖擊力kN，方向向右。4.17水由噴嘴射出，流量，主管直徑，噴口直徑=，水頭損失不計(jì)，求水流作用在噴嘴上的力。解：〔1〕取過軸線的水平面為基準(zhǔn)面，列螺栓斷面與出口斷面的伯努利方程：∴〔kPa〕〔m/s〕〔m/s〕〔2〕取控制體如下圖，列動(dòng)量方程。∴〔kN〕答：水流作用在噴嘴上的力為kN。4.18閘下出流，平板閘門寬=2m，閘前水深=4m，閘后水深=，出流量=8，不計(jì)摩擦阻力，試求水流對(duì)閘門的作用力，并與按靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律計(jì)算的結(jié)果相比擬。解：〔1〕由連續(xù)方程∴〔m/s〕〔m/s〕〔2〕由動(dòng)量方程，取控制體如圖?！唷瞜N〕〔kN〕答：水流對(duì)閘門的作用力kN，按靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律計(jì)算的結(jié)果kN。4.19矩形斷面的平底渠道，其寬度為，渠底在某斷面處抬高，該斷面上游的水深為2m，下游水面降低，如忽略邊壁和渠底阻力，試求：〔1〕渠道的流量；〔2〕水流對(duì)底坎的沖力。解：〔1〕以上游渠底為基準(zhǔn)面，列上、下游過水?dāng)嗝娴哪芰Ψ匠蹋浩渲校?，m，m，m，m∴〔m3/s〕〔m/s〕〔m/s〕〔2〕取控制體如圖，列動(dòng)量方程.∴〔kN〕答：〔1〕渠道的流量m3/s；〔2〕水流對(duì)底坎的沖力kN。4.20以下不可壓縮流體、平面流動(dòng)的速度場(chǎng)分別為：〔1〕=；=〔2〕=；=〔3〕=；=試判斷是否滿足流函數(shù)和流速勢(shì)的存在條件，并求、。解：〔1〕∵，滿足連續(xù)方程，流速數(shù)存在。又∵，有旋，故不存在。∵，∴流速數(shù)〔2〕∵，流動(dòng)不存在?！?〕∵，故流速數(shù)存在。又∵，有旋，故存在勢(shì)函數(shù)。流函數(shù)與勢(shì)函數(shù)滿足：解得：∴又可解得：∵∴，∴平面流動(dòng)的速度為直線分布，假設(shè)=4m，=80，試求：〔1〕流函數(shù)；〔2〕流動(dòng)是否為有勢(shì)流動(dòng)。解：，當(dāng)m，m/s。∴〔s-1〕，由連續(xù)性條件：，∴∴∴，當(dāng)時(shí)，。∴∵〔s-1〕∴流動(dòng)有旋。答：〔1〕流函數(shù)；〔2〕流動(dòng)有旋。平面無(wú)旋流動(dòng)的速度為速度勢(shì)，試求流函數(shù)和速度場(chǎng)。解：∵；∴；∴答：流函數(shù)；速度場(chǎng)，。平面無(wú)旋流動(dòng)的流函數(shù)，試求速度勢(shì)和速度場(chǎng)。解：，∵，∴，∴∴答：；，。平面無(wú)旋流動(dòng)的速度勢(shì)，試求速度場(chǎng)。解：無(wú)窮遠(yuǎn)處有一速度為的均勻直線來(lái)流，坐標(biāo)原點(diǎn)處有一強(qiáng)