水力学(水动力学基础)-试卷2

水力学（水动力学基础）-试卷2(总分：70.00，做题时间：90分钟)一、计算题(总题数：35，分数：70.00)1.有一水平放置的管道(图3—56)。管径d1=10cm，d2=5cm。管中流量Q=10L／s。断面1处测管高度H=2m。不计管道收缩段的水头损失。取动能校正系数均为1。求水流作用于收缩段管壁上的力。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：2.如图3—57所示，有一倾斜放置的管道，管径由d1=10cm，突然扩大至d2=20cm。试验时测得测压管1和测压管2中的水位差为0．3m。求管道流量Q[取动能校正系数为1，突然扩大局部水头损失系数ξ=(A2／A1一1)2，A1、A2分别为小管和大管的断面面积，ξ为对应于大管的流速]。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：3.从水箱下部引一管道，管道水平段上有一收缩段。从收缩段引出的玻璃管插入容器A的水中(图3—58)。已知管径d1=4cm，收缩段直径d2=3cm。水箱至收缩段的水头损失hω1=3v2／2g，收缩段至管道出口的水头损失hω2=v2／2g(v为管道流速)。当水流通过管道流出时，玻璃管中水柱高h=0．35m，求作用水头H(取动校正系数为1)。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：4.图3—59所示为铅直放置的一文丘里管。已知d1=20cm，d2=10cm，△z=0．5m，水银压差计读数△h=2cm。若不计水头损失，求流量Q(取动能校正系数为1)。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：5.在图3—61所示管道的断面A—A、B—B、C—C的上、下两端壁处各装设一根测压管，试问各断面上、下两根测压管水面是否等高?如果等高，原因何在?如不等高，哪一根高些，为什么?（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：渐变流断面A：等高、急变流断面B：离心力向上，上高、C断面离心力向下，下高。)解析：6.图3-62所示水箱一侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5m，管嘴局部水头损失系数ξ=0．2，取动能校正系数α=1。求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：7.图3-63所示容器内的水从侧壁管嘴射人大气。已知管嘴直径d=10cm，水流对水箱的水平作用力F=460N。取动量校正系数等于1。求孔口射流的流速v。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：8.图3-64所示为水平放置的水电站压力分岔钢管，用混凝土支座固定。已知主管直径D=3m，两根岔管的直径均为d=2m，转角θ=120°，管末断面1压强p1=294kN／m2，通过总流量Q=35m3／s，两分岔管流量相等，不计水头损失，取动能动量校正系数均为1，求水流对支座的水平作用力。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：v3=v2=5．57m／s，p2=290．7kN／m2。P1一2P2cos60°一Rx=2ρQ2v2cos60°一ρQ1v1，2P2sin60°-Ry=一2ρQ2v2sin60°,R=2144．6kN。)解析：9.图3-65所示为一矩形断面平底渠道，宽度b=2．7m，在某处渠底抬高h=0．3m，抬高前的水深H=0．8m，抬高后水面降低z=0．12m，设抬高处的水头损失是抬高后流速水头的1／3，求渠道流量(取动能校正系数α=1)。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：v2=1．457m／s，Q=bh2v2=1．495m3／s。)解析：10.射流从喷嘴中射出，撞击在一铅直放置的平板上，如图3-66所示。已知喷嘴直径d=25mm，射流与平板垂线间的夹角θ=60°，射流流速v1=5m／s。不计摩擦阻力，取动量校正系数为1。求：(1)平板静止时，射流作用在平板上的垂直作用力；(2)当平板以u=2m／s的速度与水流相同方向运动时，射流作用在平板上的垂直力。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：一Ry=一βρQvcos60°=一6．13N，一Ry=一βρQ(v—u)cos60°=(v一u)2=一2．21N。)解析：11.图3—67所示为矩形平底渠道中设平闸门，闸门挡水高a=3．2m，门宽b=2m。当流量Q=8m3／s时，闸前水深H=4m，闸后收缩断面水深hc=0．5m。不计摩擦力。取动量校正系数为1。求作用在闸门上的动水总压力。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：P1一P2一R=ρQ(v2一v2)，P1=156800N，P2=2450N，R=98350N。)解析：12.一带有收缩段的管道系统如图3—68所示。利用收缩处的低压将容器M中的液体吸入管道中。设两容器装有同种液体。管道收缩处断面面积为A1，出口面积为A2。管道出口中心的水头为Ho容器M液面至管轴高度h为多大时，能将液体抽入(不计水头损失)?（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：13.如图3—69所示，射流以v=19．8m／s的速度从直径d=10cm的喷嘴中射出，水平射向有固定对称角θ=135°的叶片上。喷嘴出口和叶片出口流速均匀分布。若不计摩擦阻力及损失，求叶片所受的冲击力。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：v1=v2=v=19．8m／s，一Rx=ρQ(v2cos135°一v)，Fx=Rx=5.256kN。)解析：14.水枪的头部由渐细管与供水软管连接，长度L=20cm，出口直径d=2cm，进口直径D=8cm，如图3—70所示。水枪出口的水流流速v=15m／s。一消防队员手持水枪进口处，使水枪竖直向上喷射。若不计能量损失和水流、水枪重量，取动能校正系数及动量校正系数为1。求：(1)水枪的头部渐细管受到水流的作用力R及方向。(2)求消防队员手持水枪所需铅直方向的力F及方向。(注意两者的区别)（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：水流对水枪头部渐细管的作用力为507N，方向向上，手持水枪的力与动量变化平衡方向向上，F=70．7N。)解析：15.如图3—71所示射流泵，其工作原理是借工作室中管嘴高速射流产生真空，将外部水池中的水吸进工作室，然后再由射流带进出口管。已知H=2m，h=1m，d1=10cm，d2=7cm，不计水头损失。试求：(1)射流泵提供的流量Q；(2)工作室中3—3断面处的真空度hv3。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：16.如图3—72所示，在直径d=150mm的输水管中，装置一附有水银差压计的毕托管，水银面高差△h=20mm，设管中断面平均流速v=0．8umax，试求：管中流量Q。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：17.如图3—73所示，用虹吸管从水库中取水，已知d=10cm，其中心线上最高点3超出水库水面2m，其水头损失为：点1到点3为10v2／2g，(其中点1至点2为9v2／2g)，由点3到点4为2v2／2g，若真空高度限制在7m以内。求：(1)吸水管的最大流量有无限制?如有应为多少?出水口至水库水面的高差h有无限制?如有，应为多少?(2)在通过最大流量时，点2的压强为多少?（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：18.如图3-74所示，水在无摩擦管道系统中流动，若水的汽化压强为pvp=7367Pa，大气压强为pa=99974Pa，水的重度γ=9730N／m3，试求保证水在管中不发生汽化的最大高度h。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：19.如图3-75所示，圆管过水断面直径上的流速分布规律为u=umax(1一r／r0)1/7，式中u为半径r处的流速，umax为中心点的流速，r0为圆管半径。设r0=10cm，测得umax=3m／s，求流量及断面平均流速v。（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(正确答案：)解析：20.某液体在两平板之间流动，其断面流速分布如图3-76所示。求断面平均流速v与最大流速umax的关系。（分数：2.00）_______________________________