《水力学》作业题参考答案

水力学作业题参考答案第3章-2-第1章绪论第3章-3-第1章绪论作业1、密度为850kg/m3的某液体动力黏度为0.005Pa·s，其运动黏度为多少？解：620.0055.8810m/s850（）第3章-4-第1章绪论作业2、0oC时，若使水的体积减小0.1%和1%，压强应分别增加多少？99///0.1%0.1%1.860.53810/1%1%18.60.53810dVVKdPdVVdPKdVVPMPadVVPMPa当当解：假定压强为0.5MPa。第3章-5-第1章绪论作业3、温度为10oC、体积为2.5m3的水加热到60oC，体积增加了多少？0-40-1/10=0.14101.75vvvdVVdTCCdVdTVL时，解：第3章-6-第2章水静力学第3章-7-1、密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa。压力表中心比A点高0.4m，A点在液面下1.5m。求液面绝对压强。第2章水静力学作业01.149001.110009.815.89kPaaaapppgpp（）解：相对压强为：-5.89（kPa）绝对压强为：98-5.89=92.11（kPa）第3章-8-2、水箱形状如图所示。底部有4个支座。试求底面上总压力和4个支座的支座反力。第2章水静力学作业不同之原因：总压力为底面水压力与面积的乘积，为压力体。而支座反力与水体重量及箱体重力相平衡，而水体重量为水的实际体积的重量。解：（1）总压力：（2）支反力：433352.8kZPApg（N）111333980728274.7R总水箱箱箱箱第3章-9-3、多个U型水银测压计串联起来成为多管测压计。可测量较大的压强值。图中高程的单位为m。试求水面的绝对压强pabs。第2章水静力学作业02.31.22.51.22.51.43.01.4265.098265.0363aHgHgappggggpkPa解：第3章-10-4、绘制题图中AB面上的压强分布图第2章水静力学作业ABρgh1ρgh1ρgh1ρgh2ABρg(h2-h1)ρg(h2-h1)ABρgh解：第3章-11-第2章水静力学作业5、矩形平板闸门AB如图所示,A处设有转轴。已知闸门长l=3m，宽b=2m，形心点水深hc=3m，倾角α=45°，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力FT。KNFlFlhABFOAyFABFADFFAyIyyDKpapaAghFTTcTDPTPTcccDcP52.13945cos)245sin(475.2(5.17645cos)(45cosA42.43245sin33212145sin35.176176526)23(3807.910003解得：则有：即：，有点取力矩分别对，则水的作用力和拉力设所需拉力为点：水作用力的作用点为小为：水对闸门的的作用力大解：第3章-12-6、矩形平板闸门，宽b=0.8m，高h=1m，若要求在当水深h1超过2m时，闸门即可自动开启，转轴的位置y应是多少？第2章水静力学作业当水深达到1h时，水压力作用位置应作用在转轴点，当水深大于1h时，水压力作用位置应作用于转轴上面，使闸门开启。11.510009.80710.811.76842hPhghb（kPa）221111.51.55621.512122Dhhyhhh（m）∴转轴位置距渠底的距离为：21.5560.444（m）可行性判定：当1h增大时12Chyh增大，则CCIyA减小，即压力作用位置距闸门形越近，即作用力距渠底的距离将大于0.444米。解：第3章-13-7、密闭盛水容器，已知h1=60cm,h2=100cm，水银测压计读值△h=60cm。试求半径R=0.5m的半球盖AB所受总压力的水平分力和铅垂分力。第2章水静力学作业021()76.1HgphgghhKPa（）2059.74xoPpApRKN334140.59.8072.56326zRPVggKN解：（1）确定半圆中心压强P0（kPa）（2）计算水平分量Px（3）计算铅垂分力Pz第3章-14-第3章水动力学第3章-15-第3章水动力学作业已知流速场xyuyuxyuzyx,31,32，试求：（1）点（1，2，3）之加速度；（2）是几元流动；（3）是恒定流还是非恒定流；（4）是均匀流还是非均匀流？1、44421033xxxxxxyzuuuuauuuxyxyxytxyz551100033yyyyyxyzuuuuauuuyytxyz33312033zzzzzxyzuuuuauuuxyxyxytxyz421161,2,312m/s33xa（）521321,2,32m/s33ya（）322161,2,312m/s33za（）222213.06m/sxyzaaaa（）解：（1）第3章-16-（2）二维运动，空间点的运动仅与、坐标有关；（3）为恒定流动，运动要素与无关；（4）非均匀流动。第3章-17-2、水管直径50mm，末端阀门关闭时，压力表读数为21kPa。阀门打开后读值降至5.5kPa，如不计水头损失，求通过的流量。第3章水动力学作业解：找到基准面0-0，当阀门打开时，水流动，此时，从1-1到2-2列能量方程221122121222wpvpvzzhgg式中2111212.14m,0,09.8072vpzpg221205.5kPa0wzph，，则25.6/vms22325.60.050.011/44Qvdms第3章-18-3、变直径的管段AB，直径DA=0.2m，DB=0.4m，高差△h=1.5m。测得pA=30kPa，pB=40kPa，B处断面平均流速vB=1.5m/s。试判断水在管中的流动方向。解：找到基准面2263004.8929.80729.807AAAApvHzmg22B1.5401.55.6929.80729.807BBBpvHzmg22BABA0.41.56/0.2dvvmsdBAHHBA×AB×Δh第3章水动力学作业第3章-19-4、利用皮托管原理测量水管中的点速度。如读值△h=60mm，求该点流速u。水Δh汞u第3章水动力学作业32229.80712.660103.85(/)Hgghpums解：第3章-20-5、为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径D1=200mm，流量计喉管直径D2=100mm，石油密度ρ=850kg/m3，流量计流量系数μ=0.95。现测得水银压差计读数hp=150mm，问此时管中流量Q是多少。d1d2hp第3章水动力学作业解：1HgpQKh油其中：0.95；22144120.2229.807440.03590.2110.1dgKdd0.15ph（m）11HgHgppQKhKh水油水油10000.950.035913.610.158500.0511575（m3/s）51.2（l/s）第3章-21-6、水箱中的水从一扩散短管流到大气中，直径D1=100mm，该处绝对压强p1=0.5大气压，直径D2=150mm，试求水头H。水头损失忽略不计。Hd1d21D2D第3章水动力学作业解：（1）以出水管轴线为基准面，列管径1d与2d处的伯努利方程，可得：2211122222pvpvgggg取121.0，20p，10.5101.32550.663pkPa∵221122pvv∴432221250.663101101.325dvd1224101.3254.9940.1510.1v（m/s）（2）从液面到短管出口列能量（伯努利）方程。2224.9941.27229.807vHg（m）解：（1）以出水管轴线为基准面，列管径1d与2d处的伯努利方程，可得：2211122222pvpvgggg取121.0，20p，10.5101.32550.663pkPa∵221122pvv∴432221250.663101101.325dvd1224101.3254.9940.1510.1v（m/s）（2）从液面到短管出口列能量（伯努利）方程。2224.9941.27229.807vHg（m）第3章-22-水由喷嘴射出，已知流量Q=0.4m3/s，主管直径D1=0.4m，喷口直径D2=0.1m，水头损失不计，求水流作用在喷嘴上的力FR。7、第3章水动力学作业解：（1）取过轴线的水平面为基准面，列螺栓断面与出口断面的伯努利方程：2211122022pvvggg∴4222211212122vdpvvd22100050.933.181291.8542（kPa）1210.443.180.4QvA（m/s）2220.4450.930.1QvA（m/s）Dd2D1D1122第3章-23-（2）取控制体如图所示，列动量方程。p1v1Fp2v22111QvvpAF∴1121FpAQvv20.41291.85410.450.933.18143.2394（kN）v2假设喷嘴对水流作用力为F，方向向左。对水流喷嘴作用力为FR为F的作用力与反作用力。第3章-24-第5章水头损失第3章-25-1、水管直径D=10cm，管中流速v=1m/s，水温为t=10℃。试判别流态并求临界流速？第5章水头损失作业1-3第3章-26-2、有一矩形断面的小排水沟，水深h=15cm，底宽b=20cm，流速v=0.15m/s，水温t=10℃，试判别流态。第5章水头损失作业第3章-27-3、输油管的直径D=150mm，Q=16.3m3/h，油的运动粘度ν=0.2cm2/s，试求每千米管长的沿程水头损失。第5章水头损失作业224416.30.256/0.153600Qvmsd220.2560.15Re1921.6423000.264Re646410000.2560.743Re21921.640.1529.8fvdlvhmdg，层流解：第3章-28-4、自来水管长l=600m，直径D=300mm，旧铸铁管道，通过流量Q=60m3/h，试用穆迪图和海曾威廉公式分别计算沿程水头损失。第5章水头损失作业A、穆迪图法5-1ee/D=1.2/300=0.00412）第3章-29-B、海曾威廉公式法查表5-4，取CHW=95，算得相对粗糙0.1290.1291.8520.1481.8520.148HW128.743128.7430.30.04495603600DCQ（）计算沿程水头损失22f6000.2360.0440.25m20.319.6lhDgv第3章-30-第5章水头损失作业9、输