2014西南大学《水力学》作业答案

2014西南大学《水力学》作业答案第一次作业[单选题]图示为一水平弯管，管中流量不变，在过水断面A—A内外两侧的1、2两点处各装一根测压管，则两测压管水面的高度h1与h2的关系为A：①h1h2B：②h1=h2C：③h1h2D：④不定参考答案：C[判断题]矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点O重合参考答案：错误[单选题]圆管紊流中的上临界雷诺数（）A：是紊流转变为层流时的雷诺数B：是层流和紊流的主要判别参数C：等于2300D：对流态判别作用不大参考答案：D[判断题]恒定不可压缩流体运动在三个坐标方向的线变形速度之和为零。参考答案：正确1、如图所示：水箱一侧接一串联管道，已知末端管径d=0.2m，流速v=5m/s，分流量q=0.2m3/s，则水箱出流量Q为0.357m3/s。2、水平射流流量为Q、以速度v射向固定平板，则射流对平板的水平作用力F为F=ρQβv(方向水平向右)。3、明渠均匀流的力学特征是重力沿流程的分量=边壁摩阻力。4、圆管层流沿程水头损失系数λ的计算公式为λ＝64/Re。5、有一水平分叉管中液流流动如图示，已知Q2=Q3=0.5Q1，A2=A3=0.5A1，各断面形心位于同一水平面内，取α1=α2=α3，忽略水头损失，则2—2断面的形心点压强p2与1—1断面形心点压强p1的关系为等于。6、图示容器内液面压强p0为1.113×105Pa。7、当管道尺寸及粗糙度一定时，随着流量的加大，紊流流区的变化是光滑区→过渡粗糙区→粗糙区。8、紊流过水断面上的流速分布比层流过水断面上的流速分布均匀。9、作层流运动的牛顿流体，其层间切应力为τ＝μ∂u/∂y。1、0.3572、F=ρQβv(方向水平向右)3、重力沿流程的分量=边壁摩阻力4、λ＝64/Re5、等于6、1.113×1057、光滑区→过渡粗糙区→粗糙区8、均匀9、τ＝μ∂u/∂y第二次作业1、下列说法中，正确的说法是（B）A：理想不可压均质量重力流体作定常或非定常流动时，沿流线总机械能守恒B：理想不可压均质重力流体作定常流动时，沿流线总机械能守恒C：理想不可压均质重力流体作非定常流动时，沿迹线总机械能守恒D：理想可压缩重力流体作非定常流动时，沿流线总机械能守恒2、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。（错）3、水的动力粘度随温度的升高而（B）A：增大B：减小C：不变D：不定4、牛顿流体具有（B）A：扩散并充满整个容器的特性B：在任何切应力作用下不能维持静止状态的特性C：实际上绝对不可压缩的性质D：切应力与运动状态无关的性质5、水深相同的静止水面一定是等压面。（错误）6.层流均匀流断面动量修正系数为２(错误)论述题：1、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。2、绘出图中的受压曲面AB上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。3、图示圆弧形闸门AB(1/4圆),A点以上的水深H＝1.2m，闸门宽B=4m，圆弧形闸门半径R=1m，水面均为大气压强。确定圆弧形闸门AB上作用的静水总压力及作用方向。解：水平分力Px=pc×Ax=74.48kN铅垂分力Py=γ×V=85.65kN,静水总压力P2=Px2+Py2,P=113.50kN,tan=Py/Px=1.15∴=49°合力作用线通过圆弧形闸门的圆心4、图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为A=0.64m2，长l=50m，两个30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水力摩擦系数λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通过的流量Q?测压管水头线总水头线v0=0解：按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程gvRlhHw2)4(2计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数9.10.15.022.0,m2.04/dAR将参数代入上式计算，可以求解得到/sm091.2,m/s16.43vAQv即倒虹吸管内通过的流量为2.091m3/s。5、如图从水箱接一橡胶管道及喷嘴，橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm，水头H=5.5m，由水箱至喷嘴出口的水头损失hw=0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9N/cm2。行近流速v0≈0，取动能、动量修正系数均为1。（1）计算通过管道的流量Q；（2）如用手握住喷嘴，需要多大的水平力？方向如何？解：（1）通过流量以喷嘴出口中心所在水平面为基准面0—0，选取水箱内接近管道入口满足渐变流条件的1—1断面、喷嘴出口处的2—2断面及橡胶管与喷嘴接头处的3—3断面。对1—1与2—2列能量方程：whgvH2222smsmhHgvw8995.9)5.05.5(8.92)(22smsmvdQ333222101100.38995.902.044（2）手握住喷嘴需要的水平力橡胶管流速smsmDvdv7040.08995.9)5.72(22223对喷嘴段3—3与2—2间水体列水平方向的动量方程：FPPvvQ233322)(P2=0NNDpP4754.216075.04109.442423)(323vvQPFNNN8771.187)7040.08995.9(101100.310004754.2163答：用手握住喷嘴需要的握力为187.8771N，方向水平向左。第三次作业1、在正常工作条件下，在孔口外接一个相同管径的管嘴，作用水头相同时，管嘴比孔口出流量(A：大)2、若明渠水力最优矩形断面的水深为1.2m，其宽度为（D：2.4m）填空①、计算明渠均匀流的公式是：v=C（RJ）½②、理想液体与实际液体的主要区别是__有无粘滞性__③、只受重力作用，静止液体中的等压面是_水平面__。④、圆管层流实测管轴上流速为4m/s，则断面平均流速为2m/s。⑤、在铅直管道中有密度ρ=800kg/m3的煤油向下流动，管道直径d=20cm，装有两个压力表读数分别为p1=196kPa，p2=392kPa，假设管中流速不变，不计水头损失，两压力表高差H的长度应为25ｍ。⑥、某液体的动力粘度μ=0.005Pa・S，密度ρ=850Kg/m3，则其运动粘度ν＝5.88*10-6m2/S。⑦、水在直径为1cm的圆管中流动，流速v=1m/s，运动粘ν=0.01cm2/s，雷诺数=10000，水流为紊流。⑧、根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为短管_和_长管。答：1、v=C（RJ）½2、有无粘滞性3、水平面4、2m/s5、25ｍ6、5.88*10-6m2/S7、10000，紊流8、短管、长管3.明渠水力最优断面的水力半径R（A）A：等于水深的一半；B：等于底宽的一半；C：等于水面宽度的一半；D：等于湿周的一半4.已知水流的沿程水力摩擦系数l只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于（D）A：层流区B：紊流光滑区C：紊流过渡粗糙区D：紊流粗糙区5.长管的总水头线与测压管水头线（A）A：相重合B：相平行，呈直线C：相平行，呈阶梯状D：以上答案都不对6.在同一瞬时，流线上各个流体近质点的速度方向总是在该点与此流线（A）A：重合B：相交C：相切D：平行7.下列说法中，正确的说法是（B）A：理想不可压均质量重力流体作定常或非定常流动时，沿流线总机械能守恒B：理想不可压均质重力流体作定常流动时，沿流线总机械能守恒C：理想不可压均质重力流体作非定常流动时，沿迹线总机械能守恒D：理想可压缩重力流体作非定常流动时，沿流线总机械能守第四次作业1.粘滞性是液体产生水头损失的内因。（对）2.园管中层流的雷诺数必然大于２000。（错）论述题1、简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。答：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比；在层流到紊流过渡区，λ仅是Re的函数；在紊流光滑区λ=f1（Re）；过渡区λ=f2（Re，△/R）；粗糙区λ=f3(△/R)，紊流粗糙区又称为阻力平方区。2、均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？答：这种说法是错误的，均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言，即运动要素沿流程不变，而恒定流是相对于时间而言，即运动要素不随时间而变。两者判别标准不同。3、简述明渠均匀流的形成条件和特征。答：明渠均匀流的形成条件：根本（力学）条件：重力沿流向的分量=边壁摩阻力具体条件：①.水流应为恒定流；②.流量沿程不变；③.渠道必须是长而直的棱柱形顺坡渠道；④.糙率n沿程不变；⑤.渠道中无建筑物的局部干扰。明渠均匀流的水力特征为：①.等深流动：h1=h2=h；②.等速流动：V1=V2=V；③.总水头线//水面线//渠底线，J=Jp=i。3.有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=（B）A：8B：4C：2D：14.按是否考虑液体的粘滞性，可将液体分为(D)A：牛顿液体与非牛顿液体；B：连续液体与非连续液体C：可压缩液体与不可压缩液体D：理想液体与实际液体5.水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。(错)6.渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。（对）7.液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为（B）A：1kN/m2B：2kN/m2C：5kN/m2D：10kN/m2第五次作业论述题1、流线和迹线的区别和联系是什么？答：（1）区别：迹线是单个液体质点在某一时段内不同时刻的流动轨迹线；流线是同一瞬时由连续的一系列液体质点所构成的流动方向线。（2）联系：恒定流时，流线与迹线重合。2、简述过水断面上单位重量流体的平均总机械能E（断面总能）与断面比能e的区别与联系。答：（1）基准面不同断面总能E：是以某一个水平面为基准面计算的单位重量液体所具有的机械能，水平面可任取，但同一题目必须是同一基准面；断面比能e：是以断面最低点所在的水平面为基准面计算的单位重量液体所具有的机械能，水平面不能任意选取，且一般情况下同一题目不同的过水断面基准面不同。（2）沿流程变化率不同E沿流程总是减小，即恒小于零；e则可以沿流程上升、下降或不变，即可0，0，=03、何为连续介质模型？水力学研究中引入连续介质模型的可行性和必要性是什么？答：连续介质模型：假设液体是一种充满其所占据空间的毫无空隙的连续体。引入可能性：水力学所研究的，是液体在外力作用下的机械运动，而不研究其微观运动。在常温下，水相邻分子间的距离与我们所要研究的液流特征尺度相比是极其微小的。引入必要性：有了连续介质假设，就可以摆脱分子运动的复杂性，在研究液体的宏观运动时，就可以将液体视为均匀的连续体，其每个空间点和每个时刻都有确定的物理量，且都是空间和时间坐标的连续函数。这样，我们就可以运用连续函数的方法来分析液体的平衡和运动的规律。4、简述明渠均匀流的形成条件和特征。答：明渠均匀流的形成条件：根本（力学）条件：重力沿流向的分量=边壁摩阻力具体条件：①.水流应为恒定流；②.流量沿程不变；③.渠道必须是长而直的棱柱形顺坡渠道；④.糙率n沿程不变；⑤.渠道中无建筑物的局部干扰。明渠均匀流的水力特征为：①.等深流动：h1=h2=h；②.等速流动：V1=V2=V；③.总水头线//水面线//渠底线，J=Jp=i。5、简述雷诺数Re、弗劳德数Fr的物理意义。答：（1）雷诺数的力学意义：表征惯性力作用与粘性力作用的对比；（2）弗劳德数的力学意义：表征惯性力作用与重力作用的对比；（3）弗劳德数的能量意义：表征断面平均动能的二倍与断面平均势能的比值。6、何为长管？何为短管？答：是根据管路中沿程水头损失加流速水头与局部水头损失所占的比重分为长管、短管。（1）长管：水头损失以hf为主，(局部损失和速度水头)在总损失中所占比重很小，可忽略不计或可按hf的百分数计算的管道。（2）短管：局部损失和速度水头在总损失中占有一定的比重，计算时不能忽略的管道。7、正常工作条件下，作用水头、面积相同的孔口和圆柱型外管嘴的出流能力是否相同？为什么？答：正常工作条件下，作用水头、面积相同的孔口和圆柱型外管嘴的出流能力不同，管嘴出流大于孔口