水力学与水泵模拟试题.pdf

一、填空题一、填空题： （每空 2 分，共40 分） 1用拉格朗日法描述液体运动时，液体运动的轨迹线叫。 在恒定流中，流线不随时间而，质点的迹线和流线。 迹线,改变,重合 2紊流阻力分有、三个区。 光滑区, 过渡区, 粗糙区 3圆管断面层流的断面平均速度为速度的一半，沿程水头损失 hf与 V 的次方成正比，沿程阻力系数=。 最大, 1, 64/Re 4力学相似的主要准则有、。 雷诺准则, 佛汝德准则的, 欧拉准则 5在水头和孔径相同的条件下,孔口出流流速比管咀，孔口出流流量 比管咀。 （填大或小） 大,小 6流动中全加速度等于零。 恒定均匀流 7堰的分类标准：为薄壁堰， 为实用断面堰，为宽顶堰。 /H0.67, 0.67/H2.5, 2.5 /H10 8静水压强的特性：、。 各向等值性, 垂向性 二、简答题二、简答题： （每题 8 分，共40 分） 1能量方程中 Z、 p g 、v 2/2g 各有什么物理意义和几何意义？ 答：物理意义和几何意义： z： 单位重量液体过流断面所具有的位能 （重力势能） ， 位置高度或位置水头。 得分 阅卷人 p g ：单位重量液体过流断面所具有的压能，压强水头。 v 2/2g：单位重量液体过流断面所具有的平均动能或平均流速水头。 2指出水击形成的四个阶段。采取哪些办法可减少水击压强？ 答：水击形成的四个阶段为：增压，复压，减压，复压。 采取以下措施可减少水击压强： （1）在管路安装水击消除设备（缓闭阀，调压水池等） ； （2）延长关闸时间，减少管路长度，尽量避免产生直接水击； （3）减少管内流速。 3列各物理量分别用 1）力 F、长度 L、时间 T；2）质量 M、长度 L、时间 T， 两种基本量纲来表示。 加速度 a；速度 v；力 F；压强 P；密度 答：LT -2 LT -1；MLT-2；ML-3T-2；ML-3 4 雷诺实验证实hfVm， 不同流区m值不同， 为什么计算hf采用统一公式 gd lv 2 2 ? 答：hf gd lv 2 2 是用于计算均匀流时的沿程水头损失，虽然不同流区 hfVm， 但在的计算中含有 v 的变量，在层流时，= 64/Re，hf与 V 的一次方成正 比，在紊流光滑区，= 25. 0 Re 316. 0 ，将代入 hf中，有 hfV1.75，在紊流粗糙区， = 25. 0 )(11. 0 d Ks ，有 hfV2，在紊流过渡区，hfV1.75 2.0，因此采用统一公式 与 hfVm的规律并不矛盾。 5计算工业管道的沿程阻力系数能否采用人工粗糙管的公式？为什么? 答：不能。因为人工粗糙管的公式是在人工模拟的粗糙管中试验得出的经 验公式。人工粗糙管的沙粒的直径是一致的，而工业管道，由于加工的缘故， 不可能制造出粗糙度完全一致的管道。为了将人工管粗糙管的公式用于工业 管道，可用人工粗糙管的相对粗糙度来表示工业管道的相对粗糙度，即当量 粗糙度。 三、计算题三、计算题： （共 70 分） 1已知矩形明渠水流的水深 h=0.5m,宽 b=1m,流量 Q=0.5m3/s,水粘滞性系数 =0.01cm2/s,判别水流是层流或紊流?急流或缓流?（10 分） 解：1）层流与紊流的判别 ) 5(2300104Re ) 2() 1 (25. 0 ) 1 (1 6 1001. 0 1 5 . 0 5 . 0 4 VR Vd X A s m A Q R V 所以水流为紊流。 2）急流与缓流的判别 ) 12(5 . 0 ) 8(29. 0 3 18 . 9 5 . 0 3 2 2 2 k k hh gb Q h 所以水流为缓流。 或用其他方法判别。 2如图所示，文丘里流量计管道直径 d1=200mm，喉管直径 d2=100mm，水银差 压计读数 y=20mm，水银密度m=13.6103kg/m3，忽略管中水头损失，试求 管道输水流量 Q。 （12 分） 解：列 1-1，2-2 断面的总流伯努利方程 z p g a v g z p g v g 1 11 1 2 2 222 2 22 （2 分） 取 12 =1，有 vv g z p g z p g z p g z p g y v d v d m 2 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 10 252 44 ()() ()()(). m（9 分） vv d d vv 12 2 1 2 2 2 2 01 02 025()( . . ). 解得 V2=2.295m/s（11 分） Q= v d 2 2 22 4 2295 31401 4 . =0.018m 2/s（12 分） 3如图：在长方体密闭水箱右侧面中心 M 处装有一水银测压计，在箱顶有一 半球盖 AB，侧面正方形边长 2m，球半径 1m，h= hP= 0.5m，求:1)M 点的压 强;2)半球的静水总压力;3)侧面 CD 的静水总压力。 解：1） )3 . 6(74.615 . 0980016 .13 20 OmHKPahP mM 或 2） KNVP6 .142. 球 3) KNAPP M 247474.61. 侧侧 4由水泵供水的管路，已知 A 点标高 5.00m，D 点标高 9.00m，D 点所需自由 水头 HF=6m，试求:1)并联管路中的流量分配，2)水泵所需的扬程。(12 分) 附:管道比阻S1=2.752s2/m6S2=41.85s2/m6S4=9.029s2/m6 AB45l/s l1=500ml2=350mCl4=300mD36.5l/s d1=250mmd2=150mmd4=200mm 13.5l/s l3=700m d3=150mm 解：1）由于 2 和 3 管道并联，所以有 hh ff23 即 22 33322 QlsQls slQQ/505 .135 .36 32 223 71. 0 3 2 Q l l QQ 解得： slQslQ/2 .29,/8 .20 23 2）由能量方程：500H=9+6+hw(8 分) hwhf1hf2(或 hf3)hf4(10 分) 222 44422111 QlsQlsQlshw =28.5 m(11 分) H=9+6+hw-5=38.5m(12 分) 5水流以速度 v=5m/s 流入直径 d=10cm 的 60水平弯管，如图所示，弯管进口 端的压强 P=10000Pa。如不计损失，求水流对弯管的作用力。 （12 分） 解：1）外力 表面力P1=P2=p1A1=1000*3.14*0.12*1/4=78.5N（2 分） 体积力弯管水平放置，重力在水平方向上不起作用。 2）建立动量方程 )( 1122xx VVQFx (5 分) )( 1122yy VVQFy (8 分) 忽略动量修正系 数得影响得 Fcos=137.38 N Fsin237.94N 联立解得： F=274.75N, 60（10 分） 水流作用力与F大 小相等，方向相 反。 （12 分） 6某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽 B18m，流量 Q265m3/s，坝 下收缩断面处水深 hc=1.1m，当坝下游水深 ht=4.7m 时，试求： （1）坝下游是否 发生水跃？（2）如发生水跃，属于何种形式的水跃？(12 分) 解： （1）计算临界水深 hk，判断收缩断面和下游水流流态， q = Q/B =265/18 =14.72 m3/sm F P2 2 2 2 1 60 P1 81. 2 8 . 9 72.14 3 2 3 2 g q hk m(5 分) 因为收缩断面水深hc=1.1 m hk为急流，下游水深 ht=4.7m hk为缓流， 所以溢流坝下游必定发生水跃。 （6 分） （2）计算收缩断面处水深 hc的共軛水深 hc“ hc“ ) 181( 2 3 2 c c gh qh ) 1 1 . 18 . 9 72.14 81( 2 1 . 1 3 2 5.81m（11 分） 因为hc“ ht，该水跃为远驱水跃。 （12 分） 南 华 大 学 模 拟 试 题 及 参 考 答 案 （ 2） 课程名称： 水力学与水泵（1）课程共页 一、填空题一、填空题： （每空 1.5分，共 21 分） 1液体中某点的绝对压强为 9.2m 水柱，其相对压强为 -0.8 或-1.1 m 水柱，其真空值为0.8或 1.1m 水柱。 2尼古拉兹曲线中，紊流阻力分有 水力光滑区、 过渡区、 粗糙区三个区。 3恒定均匀流流动中全加速度等于零。 4用拉格朗日法描述液体运动时，液体的运动的轨迹线叫迹线。 在恒定流中，质点的迹线和流线重合。 （填重合或不重合） 得分 阅卷人 5明渠流动中的断面比能 e =h+v2/2g，当水深为临界水深 时，e 值最小。 6. 水力模型的重力相似准则是佛汝德数相等。 明渠的断面 和流量不变时，水跃的跃前水深越大，则跃后水深越越小。 7根据管道中水击波传播时间与阀门关闭时间的对比关系，水击可分类为 （1）直接水击和 （2）间接水击。 二、简答题二、简答题（共3小题，共15分） 1、 （本题 5 分）有人说“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。 2、 （本题 5 分）计算工业管道的沿程阻力系数能否采用人工粗糙管的公式？为什么? 答：不能。因为人工粗糙管的公式是在人工模拟的粗糙管中试验得出的经验公式。人工 粗糙管的沙粒的直径是一致的，而工业管道，由于加工的缘故，不可能制造出粗糙度完全一 致的管道。 为了将人工管粗糙管的公式用于工业管道， 可用人工粗糙管的相对粗糙度来表示 工业管道的相对粗糙度，即当量粗糙度。若回答能，则回答的原因正确，也可。 3 （本题5分）指出水击形成的四个阶段。采取哪些办法可减少水击压强？ 答：水击形成的四个阶段为：增压，复压，减压，复压。 采取以下措施可减少水击压强： （1）在管路安装水击消除设备（缓闭阀，调压水池等） ； （2）延长关闸时间，减少管路长度，尽量避免产生直接水击； （3）减少管内流速。 三、计算题三、计算题（共 6小题，共 64分） 1 （本题 10分） 已知矩形明渠水流的水深 h=0.5m,宽 b=1m,流量 Q=0.5m3/s,水的=0.01cm2/s,判别水流是层 流或紊流?急流或缓流? 解： （1）层流与紊流的判别 得分 阅卷人 得分 阅卷人 ) 5(2300104Re ) 2() 1 (25. 0 ) 1 (1 6 1001. 0 1 5 . 0 5 . 0 4 VR Vd X A s m A Q R V 所以水流为紊流。 （2）急流与缓流的判别 m gb Q h294. 0 1*8 . 9 5 . 0 3 2 2 3 2 2 0.5 所以水流为紊流。 2 （本题10分） 图示为一挡水的弧形闸门。 弧形为圆柱曲面， 已知圆心角=45 o， 门宽 b=4.0m，半径 R=2.0m。 闸门转轴恰与水面齐平，求作用在该弧形闸门上的静水总压力。 解： （1）求弧形闸门所受的水平方向的力。 KNhArApp cx 2 .394 2 2 2 1 2 2 8 . 9 （2）求弧形闸门铅垂方向所受的力 KNb R VrpZ34.22 2 1 2 2 2 2 8 8 . 9 2 （3）弧形闸门上所受的静水总压力 KNppp yx 12.4534.222 .39 22 22 （4）静水总压力的方向 68.29 x y p p arctg 3 （本题10分） 已知 H=3m，弯=0.25,进=0.5,=0.03,且虹吸管管径 d=0.3m,管长 L=20m。试计算虹吸式 管中通过的流量。 解:（1）求管道流速。 g v h g v d l h hhhHzz j f jfw 2 2 , 2 , 0 2 2 21 ）（ 进弯 由能量方程： w h g v pz g v pz 22 2 2 22 2 1 11 代入数据，解方程得： smv/83. 3 （2）求流量 smvAQ/27. 0 3 4 （本题 12分） 水塔经图示管道系统供水。已知供水流量 Q=0.1m3/s，要求末端自由水头为 10m，各段管 长L1=L4=100m ， L2=50m ， L3=200m ， 各 段 管 道 直 径d1=d4=200mm( 比 阻 a1=a4=9.029s2/m6),d2=d3=150mm(比阻 a2=a3=41.85s2/m6), （不要求修正比阻） 试求：(1)各并联管段的流量 Q2，Q3； (2)水塔水面高度 H。 解：(1) hh ff23 a l Qa l Q Q Q l l 2 22 2 3 33 2 2 3 23 2 4 () Q Q 2 3 2 Q2+Q3=0.1m 3/s 得Q3=0.033m 3/s Q2=0.067m 3/s (2)H= 10 421 fff hhh = 10 2 444 2 222 2 111 QlaQlaQla =37.45m 5.（本题 10分）图示为一平板放置在自由射流中，并且垂直于射流的轴线。该平板截去 射流流量的一部分 Q1，射流的其他部分偏转一角度，已知 v=30m/s，Q=36l/s，Q1=12L/S， 试求（1）略去摩擦力时射