水力学(0744)大作业A卷

-1-西南大学网络与继续教育学院课程考试答题卷学号：XXXXXXXX姓名：XXXXXX层次：专升本类别：网教专业：土木工程2015年12月课程名称【编号】：水力学【0744】A卷题号一二三四五总分评卷人得分（横线以下为答题区）一、上下两块平行圆盘，直径均为d，间隙厚度为δ，间隙中液体的动力粘度为μ，若下盘固定不动，上盘以角速度ω旋转，求所需力矩M的表达式。已知：d，δ，μ，ω。解析：(1)根据牛顿内摩擦定律，可得半径为r处，微元面积为2πrdr间隙力矩为rrrrrrTrMd2d2dd3积分上式，得所需力矩M的表达式为32244drM二、已知矩形闸门高h＝3m，宽b＝2m，上游水深h1＝6m，下游水深h2＝4.5m，求：(1)作用在闸门上的总静水压力；(2)压力中心的位置。已知：h=3m，h1=6m，h2=4.5m，b=2m。解析：(1)闸门左侧所受的总压力为kN264.8732)236(9810)2(1c11bhhhAhP左侧压力中心到闸门中心的距离为m167.032)236(1232)2(121313c1xcc1D11bhhhbhAhIhhe闸门右侧所受的总压力为kN58.76132)235.4(9810)2(2c22bhhhAhP右侧压力中心到闸门中心的距离为m25.032)235.4(1232)2(121323c2xcc2D22bhhhbhAhIhhe闸门所受的总压力为kN29.8858.17687.26421PPP总压力的方向指向右侧。(2)为求压力中心的位置，设总压力的作用点距底部O点的距离为a，对O点取矩，得)2()2(2211ehPehPPa则m5.129.88)25.023(58.176)167.023(87.264)2()2(2211PehPehPa三、已知速度场为kzxjyxiyxu)()()(2(m/s)，求(2，3，1)点的速度和加速度。已知：zxuyxuyxuzyx)(2，，解析：(1)(2，3，1)点的速度为m/s1m/s1m/s10)(2zyxzxuyxuyxu，，s/m10.101)1(102222z2y2xuuuu(2)(2，3，1)点的加速度为2xzxyxxxxm/s1832262602)(2)(20yxyxyxzuuyuuxuuua2yzyyyxyym/s1133230)1()(1)(20yxyxyxzuuyuuxuuua-2-2zzzyzxzzm/s913222)1()(01)(20zyxzxyxzuuyuuxuuua22222z2y2xs/m93.2291118aaaa四、直径为d1＝700mm的管道在支承水平面上分支为d2＝500mm的两支管，A－A截面压力为70kN/m2，管道中水的体积流量为Q＝0.6m3/s，两支管流量相等。(1)不计压头损失，求支墩受水平推力；(2)压头损失为支管流速压头的5倍，求支墩受水平推力。不考虑螺栓连接的作用。已知：d1=700mm，d2=500mm，Q=0.6m3/s，pm1=70kN/m2解析：(1)依题意知/sm3.06.0212132QQ，α=30°。m/s53.15.014.33.044m/s56.17.014.36.044222222211dQudQu，(2)列A-A至B-B及C-C间的伯努利方程22m221m12121upup222332221m1m2N/m70046)53.156.1(10211070)(21uupp(3)取A-A、B-B和C-C截面间的流体作为控制体，设支墩对水流的水平反推力为Rx，列动量方程，坐标系的方向为u1的方向，122x2m21m1cos2cos2uQuQRApAp那么，支墩所受的水平推力为N8.3256)56.130cos53.1(6.01010)230cos046.705.0707.0(41)cos(cos23322122m21m1xuuQApApR(4)假若压头损失为支管流速压头的5倍，则A-A至B-B及C-C间的伯努利方程为2222m221m12152121uupup则222332221m1m2N/m64194)53.1656.1(10211070)6(21uupp(5)取A-A、B-B和C-C截面间的流体作为控制体，设支墩对水流的水平反推力为Rx，列动量方程，坐标系的方向为u1的方向，122x2m21m1cos2cos2uQuQRApAp那么，支墩所受的水平推力为N5246)56.130cos53.1(6.01010)230cos194.645.0707.0(41)cos(cos23322122m21m1xuuQApApR五、虹吸管将A池中的水输入B池，已知长度1l＝3m，2l＝5m，直径d＝75mm，两池水面高差H＝2m，最大超高h＝1.8m，沿程阻力系数λ＝0.02，局部阻力系数：进口Ke＝0.5，转弯Kb＝0.3，出口Ko＝1，试求流量及管道最大超高截面C的真空度。已知：1l=3m，2l=5m，d=75mm，H=2m，h=1.8m，λ=0.02，Ke=0.5，Kb=0.3，Ko=1。解析：(1)列上下游水面间的伯努利方程，基准面取在下游水面上，得guKdlH2)(2则m/s16.313.05.0075.05302.0281.922KdlgHu流量为/sm014.016.3075.014.34141322udQ(2)列上游水面至C截面间的伯努利方程，基准面取在上游水面上，得2be1mc21)1(0uKKdlhgp所以，管道最大超高截面的真空度为2be1mcvc21)1(uKKdlhgpp22kN/m64.30]16.321)3.05.0075.0302.01(8.181.9[1000