流体力学-课后习题答案

第一章习题答案第一章习题答案 选择题选择题 单选题 1 1按连续介质的概念 流体质点是指 d a 流体的分子 b 流体内的固体颗粒 c 几何的点 d 几何尺寸同流动 空间相比是极小量 又含有大量分子的微元体 1 2作用于流体的质量力包括 c a 压力 b 摩擦阻力 c 重力 d 表面张力 1 3单位质量力的国际单位是 d a N b Pa c d kgN 2 sm 1 4与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是 b a 剪应力和压强 b 剪应力和剪应变率 c 剪应力和剪应变 d 剪应力 和流速 1 5水的动力黏度 随温度的升高 b a 增大 b 减小 c 不变 d 不定 1 6流体运动黏度的国际单位是 a a b c d 2 sm 2 mNmkg 2 msN 1 7无黏性流体的特征是 c a 黏度是常数 b 不可压缩 c 无黏性 d 符合 RT p 1 8当水的压强增加 1 个大气压时 水的密度增大约为 a a 1 20000 b 1 10000 c 1 4000 d 1 2000 1 9 水的密度为 1000 2L 水的质量和重量是多少 3 kg m 解 kg 1000 0 0022mV N 2 9 80719 614Gmg 答 2L 水的质量是 2 kg 重量是 19 614N 1 10 体积为 0 5的油料 重量为 4410N 试求该油料的密度是多少 3 m 解 kg m3 4410 9 807 899 358 0 5 mG g VV 答 该油料的密度是 899 358 kg m3 1 11 某液体的动力黏度为 0 005 其密度为 850 试求其运动黏度 Pa s 3 kg m 解 m2 s 6 0 005 5 882 10 850 答 其运动黏度为 m2 s 6 5 882 10 1 12有一底面积为 60cm 40cm 的平板 质量为 5Kg 沿一与水平面成 20 角的斜面下 滑 平面与斜面之间的油层厚度为 0 6mm 若下滑速度 0 84 求油的动力黏度 m s U G G T Fs 0 6mm 20 解 平板受力如图 G T N U s 沿轴投影 有 s sin200GT sin20 U TAG 3 2 sin205 9 807 sin200 6 10 5 0 10 0 6 0 4 0 84 G U A kg m s 答 油的动力黏度 2 5 0 10 kg m s 1 13为了进行绝缘处理 将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过 已知导线直径为 0 8mm 涂料的黏度 0 02 模具的直径为 0 9mm 长度为 20mm 导线的 Pa s 牵拉速度为 50 试求所需牵拉力 m s 20mm U U 0 05mm 解 kN m2 50 1000 0 0220 0 90 82 U N 33 0 8 1020 10201 01Td l 答 所需牵拉力为N 1 01 1 14一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转 16 锥体与固定壁面间的距离 rad s 1mm 用 0 1的润滑油充满间隙 锥底半径 R 0 3m 高 H 0 5m 求作 Pa s 用于圆锥体的阻力矩 H R 解 选择坐标如图 在处半径为的微元力矩为 zrdM z x y o 3222 2 cos r rdz rHR dMdA rdz rH 其中 r z RH 223 3 3 0 2 H HRR Mz dz HH 322 2 RHR 322 3 0 1 16 0 30 50 3 2 1 10 39 568 N m 答 作用于圆锥体的阻力矩为 39 568N m 1 15活塞加压 缸体内液体的压强为 0 1Mpa 时 体积为 1000 压强为 10Mpa 时 3 cm 体积为 995 试求液体的体积弹性模量 3 cm 解 Mpa 6 100 1109 9p m3 66 995 1000105 10V pa 6 9 66 9 9 10 1 98 10 5 101000 10 p K V V 答 液体的体积弹性模量 pa 9 1 98 10K 1 16图示为压力表校正器 器内充满压缩系数为 4 75 10 10的液压油 由手轮kNm 2 丝杠推进活塞加压 已知活塞直径为 1cm 丝杠螺距为 2mm 加压前油的体积为 200mL 为使油压达到 20Mpa 手轮要摇多少转 d 解 V V K p m3 10666 4 75 10200 1020 101 9 10VKV p 设手轮摇动圈数为 则有n 2 4 ndlV 圈 6 22 23 41 9 10 4 12 10 1 102 10 V n dl 即要摇动 12 圈以上 答 手轮要摇 12 转以上 1 17图示为一水暖系统 为了防止水温升高时 体积膨胀将水管胀裂 在系统顶部设一 膨胀水箱 若系统内水的总体积为 8 加温前后温差为 50 在其温度范围内水 3 m 的膨胀系数 0 00051 求膨胀水箱的最小容积 V 散热器 锅炉 解 V V V T m3 0 00051 8 500 204 V VV T 答 膨胀水箱的最小容积 m3 0 204 1 18钢贮罐内装满 10 的水 密封加热到 75 在加热增压的温度和压强范围内 水的 热膨胀系数 4 1 10 4 体积弹性模量 2 109 罐体坚固 假设容 V k 2 mN 积不变 试估算加热后罐壁承受的压强 解 V V V T 自由膨胀下有 V V T V 又 p K V V Mpa 49 4 1 102 10751053 3 V V pKKT V 加热后 钢罐内的压强为Mpa 设 表压强 0 53 3ppp 0 0p 答 加热后罐壁承受的压强是 Mpa 53 3 1 19汽车上路时 轮胎内空气的温度为 20 绝对压强为 395kPa 行驶后轮胎内空气的 的温度上升到 50 试求这时的压强 解 设满足理想气体方程 则有 122 395 2732027350 Vp VpV R T 假设 可解得 kPa 12 VV 2 323 395 435 4 293 pp 答 这时的压强为 kPa 435 4 第二章习题答案第二章习题答案 选择题选择题 单选题 2 1静止流体中存在 a a 压应力 b 压应力和拉应力 c 压应力和剪应力 d 压应力 拉应力 和剪应力 2 2相对压强的起算基准是 c a 绝对真空 b 1 个标准大气压 c 当地大气压 d 液面压强 2 3金属压力表的读值是 b a 绝对压强 b 相对压强 c 绝对压强加当地大气压 d 相对压强加当 地大气压 2 4某点的真空度为 65000Pa 当地大气压为 0 1MPa 该点的绝对压强为 d a 65000Pa b 55000Pa c 35000Pa d 165000Pa 2 5绝对压强与相对压强 真空度 当地大气压之间的关系是 c abs pp V p a p a b c d abs pp V pp abs p a p V p a p abs pp V p V p 2 6在密闭容器上装有 U 形水银测压计 其中 1 2 3 点位于同一水平面上 其压强关系 为 c 3 21 水 汞 a b c d 0 的流线 y 解 xy dxdy uu 0bdxady 或 为线性方程bxayc b yxc a 答 流线方程为 bxayc 3 11 已知平面流动的速度场为 其中为常数 试求流线 x u 22 yx cy y u 22 yx cx c 方程并画出若干条流线 解 xy dxdy uu 0cxdxcydy 为圆心在的圆族 222 xy c 0 0 答 流线方程为 为圆心在的圆族 222 xy c 0 0 3 12 已知平面流动的速度场为 求 1 时的流线方程 并 u jtxyitxy 96 64 t 画出 1 4 区间穿过轴的 4 条流线图形 xx 解 4669 dxdy yx tyx t 当秒时 1t 6946yx dxyxy 3 232 230yx dxyxy 320dxdy 32xyc 过的流线为 1 0323xy 过的流线为 2 0326xy 过的流线为 3 0329xy 过的流线为 4 03212xy 答 1 时的流线方程为 t32xyc 3 13 不可压缩流体 下面的运动能否出现 是否满足连续性条件 1 2 x u 22 yx y u 2 23 yyxx 2 x uyxt2 y uytxt 2 3 x uxzy2 2 y uyzxyz 2 2 z u 4322 2 1 yxzx 解 1 4220 y x u u xxy xy 不能出现 2 0 y x u u tt xy 能出现 3 22 220 y xz u uu zzx zx z xyz 不能出现 3 14 已知不可压缩流体平面流动 在方向的速度分量为 2 2 试求速度在y y u 2 yxy 方向的分量 x x u 解 0 y x u u xy 22 x u y x 2222 x uy xc yxxyc y 答 速度在方向的分量 x 22 x uxxyc y 3 15 在送风道的壁上有一面积为 0 4的风口 试求风口出流的平均速度 2 mv 4m3 s2 5m3 s 孔口 30 v 解 其中 m3 s m3 s 123 QQQ 1 4Q 2 2 5Q m3 s 3 42 51 5Q 3 1 sin300 4 2 QA vv m s 1 5 7 5 0 2 v 答 风口出流的平均速度m s 7 5v 3 16 求两平行平板间 流体的单宽流量 已知速度分布为 式中 0u 1 2 max b y uy 为中心线 为平板所在位置 为常数 yb max u 解 单宽流量为 1 0 b b qudy 2 max 0 21 b y udy b max 1 2 3 ubb max 4 3 bu 答 两平行平板间 流体的单宽流量为 max 4 3 bu 3 17 下列两个流动 哪个有旋 哪个无旋 哪个有角变形 哪个无角变形 1 0 x uay y uax z u 2 0 x u 22 yx cy y u 22 yx cx z u 式中 是常数 ac 解 1 有旋 11 22 y x t u u aaa xy 无角变形 11 0 22 y x yxxy u u aa xy 2 1 2 y x t u u xy 222222 22 2222 22 1 2 c xycxc xycy xyxy 2222 2 22 22 1 2 c xyc xy xy 无旋 不包括奇点 0 0 0 存在角变形运动 2222 22 2222 2 11 0 22 y x yxxy c yxc yxu u xy xyxy 3 18 已知有旋流动的速度场 2 3 2 3 2 3 试求旋转角速度和 x uyz y uzx z uxy 角变形速度 解 111 32 222 y z x u u yz 111 32 222 xz y uu zx 111 32 222 y x z u u xy 222 3 2 xyz 15 22 y x yxxy u u xy 15 22 xz zxxz uu xz 15 22 y z zyyz u u yz 答 旋转角速度 角变形速度 1 2 xyz 5 2 yxzxyz 第四章习题答案第四章习题答案 选择题选择题 单选题 4 1 等直径水管 A A 为过流断面 B B 为水平面 1 2 3 4 为面上各点 各点的流动参 数有以下关系 c A A BB 1 3 2 4 a b c d 1 p 2 p 3 p 4 p 1 z 1 p g 2 z 2 p g 3 z 3 p g 4 z 4 p g 4 2 伯努利方程中 表示 a z p g 2 2 v g a 单位重量流体具有的机械能 b 单位质量流体具有的机械能 c 单位体积流体 具有的机械能 d 通过过流断面流体的总机械能 4 3 水平放置的渐扩管 如忽略水头损失 断面形心点的压强 有以下关系 c 1 1 p1 2 2 p2 a b c b 9m b 3 4 3 4 ld 0 Hld 0 Hld 9m d 3 4 9m 0 Hld 0 H 7 3 图示两根完全相同的长管道 只是安装高度不同 两管的流量关系是 c H 1 2 a c d 不定 1 Q 2 Q 1 Q 2 Q 1 Q 2 Q 7 4 并联管道 1 2 两管的直径相同 沿程阻力系数相同 长度 3 通过的流量为 2 l 1 l c 1 2 Q1 Q2 a b 1 5 c 1 73 d 3 1 Q 2 Q 1 Q 2 Q 1 Q 2 Q 1 Q 2 Q 7 5 并联管道 1 2 3 A B 之间的水头损失是 d AB 1 2 3 a b c d fAB h 1f h 2f h 3f h fAB h 1f h 2f h fAB h 2f h 3f h fAB h 1f h 2f h 3f h 7 6 长管并联管道各并联管段的 c a 水头损失相等 b 水里坡度相等 c 总能量损失相等 d 通过的流量 相等 7 7 并联管道阀门为全开时各段流量为 现关小阀门 其他条件不变 K 1 Q 2 Q 3 QK 流量的变化为 c Q1 Q2 Q3 K a 都减小 b 减小 不变 减小 c 减小 1 Q 2 Q 3 Q 1 Q 2 Q 3 Q 1 Q 增加 减小 d 不变 增加 减小 2 Q 3 Q 1 Q 2 Q 3 Q 7 8 有一薄壁圆形孔口 直径为 10mm 水头为 2m 现测得射流收缩断面的直径dH 为 8mm 在 32 8s 时间内 经孔口流出的水量为 0 01 试求孔口的收缩系数 c d 3 m 流量系数 流速系数及孔口局部损失系数 解 2 2 8 0 64 10 c A A 2 V QAgH T 2 0 0132 8 0 62 2 2 9 807 20 01 4 V T AgH 0 62 0 97 0 642 c v gH 222 222 cccc c vvv H ggg 222 21 10 06 2 cc cc HgH vv g 答 孔口的收缩系数 流量系数 流速系数 孔口局部损失0 64 0 62 0 97 系数 0 06 7 9 薄壁孔口出流 直径 2cm 水箱水位恒定 2m 试求 1 孔口流量 2 dH c d 此孔口外接圆柱形管嘴的流量 3 管嘴收缩断面的真空高度 n Q H 解 l s 2 20 620 02221 22 4 QAgHg l s 2 20 820 02221 61 4 nn QAgHg 以收缩断面 c c 到出口断面 n n 列伯努利方程 2 22 222 cn cccnnn vvpvpv ggggg 2 22 1 2 ac Vccnncn pp Hvvvv gg 2 cn cncn vv vvvv g 2 1 c n n v v v g 2 1 1 n v g 2 3 2 4 1 61 101 0 64 0 020 64 9 807 m 1 506 答 1 孔口流量L s 2 此孔口外接圆柱形管嘴的流量1 22 c d L s 3 管嘴收缩断面的真空高度为m 1 61 n Q 1 506 7 10 水箱用隔板分为 两室 隔板上开一孔口 其直径 4cm 在室底部装有圆AB 1 dB 柱形外管嘴 其直径 3cm 已知 3m 0 5m 试求 1 2 流出 2 dH 3 h 1 h 2 h 水箱的流量 Q d1 d2 Q h1h2h3 H 解 要保持不变 则补充水量应与流出水量保持相等 即孔口出流量 管嘴出口流量H 均为 Q 11 22 nn AghAg Hh 22 2 1 2 1 0 82 0 03 0 548 0 62 0 04 nn Ah HhA 可解得 m 1 0 5480 548 31 06 1 5481 548 hH m 213 3 1 060 51 44hHhh l s 2 0 04 0 642 9 807 1 063 67 4 Q 答 1 m m 2 流出水箱的流量L s 1 1 06h 2 1 44h 3 67Q 7 11 有一平底空船 其船底面积为 8 船舷高为 0 5m 船自重为 9 8kN 现船 2 mhG 底破一直径 10cm 的圆孔 水自圆孔漏入船中 试问经过多少时间后船将沉没 h Q 解 设船底到水面的水深为 船中水深为 下沉过程是平稳的 则有 0 Ht h 0 HtgGhg 0 G Hth g 从孔口流入的流量为 为常数 0 2 2 G Q tAg HthA 当船沉没时 G hQ tT g s 3 3 3 2 9 8 10 80 5 9 8 1081000 8 393 6 22 9 8 10 0 620 1 4 h T AG 答 经过s 后船将沉没 393 6 7 12 游泳池长 25m 宽 10m 水深 1 5m 池底设有直径 10cm 的放水孔直通排水地沟 试 求放净池水所需的时间 解 设池内水深为时 为水流量为h2QAgh dVQdt 0 dVA dhQdt 00 2 AA dtdhdh QAgh 0 0 0 0 00 2 22 H H AAdh Th AghAg 0 0 2 22 25 10 1 5 2 0 620 12 9 807 4 A H Ag h 7 89 设水池中的水量为 则水量减少量为VdVQdt 0 2dVAghdtA dh 答 放净池水所需的时间为h 7 89 7 13 油槽车的油槽长度为 直径为 油槽底部设有卸油孔 孔口面积为 流量系数lDA 为 试求该车充满油后所需卸空时间 l D 解 2a 设当油箱中漏深为时 瞬时泄油量为 hQdt 0 2dVA dhQdtAghdt 其中 0 2Aal 22 2 22 DD ah sin 2 a D sin 2 D a 当时 2 cos 2 D h D 2 D h 2 sin ddh D sin 2 D dhd 当 当时 2 cos 2 D h D 2 D h sin 2 D dhd 0 sin 2 2 22 D Al dtdhdh AghAgh 2 0 2 sinsin 22 lDlD Tdhdh AghAgh 2 0 2 sinsin sinsin 222 lDDD dd Aghh 2222 0 2 sinsin 22 lD dd Aghh 其中 01 22 010 sin2sin2 1 1 cos 1 cos 2 dduudu DDD 11 2 00 2 sin2sin2 1 1 cos 1 cos 2 dduudu DDD 积分可得 3 2 2 422 3322 lDlD T DAgA g 答 该车充满油后所需卸空时间为 3 2 2 3 lD T A g 7 14 虹吸管将池中的水输入池 已知长度 3m 5m 直径 75mm 两池水面AB 1 l 2 ld 高差 2m 最大超高 1 8m 沿程摩阻系数 0 02 局部损失系数 进口 0 5 转Hh a 弯 0 2 出口 1 试求流量及管道最大超高断面的真空度 b c A B Hh C l1 l2 解 以下游水面为基准面 从上池水面到下池水面列伯努利方程 22222 35 0 7 1 00 02 22220 075 2 vl vvvv H gdgggg bc进 m s 2 9 807 2 3 20 3 83 v L s 2 3 200 07514 14 4 QvA 从 C 过流断面到下池水面列伯努利方程 222 2 222 CCC CC pvl vv z ggdgg 取1 C C vv 2 5 1 82 01 0 021 0 0 0752 aCC V pppv H ggg m 2 53 20 3 80 023 10 0 0752 9 807 答 流量L s 管道最大超高断面的真空度为m 14 14Q 3 10 7 15 风动工具的送风系统由空气压缩机 贮气筒 管道等组成 已知管道总长 100mm l 直径 75mm 沿程摩阻系数 0 045 各项局部水头损失系数之和 4 4 压缩空气d 密度 7 86 风动工具要求风压 650kPa 风量 0 088 试求贮气筒的工作 3 mkgsm 3 压强 空 压 机 贮 气 筒 接 风 动 工 具 解 从贮气筒到风动工具入口列伯努利方程 忽略高差 则有 22 1222 22 ppvvl gggdg 2 12 2 1004 1 04 40 045 20 075 Q pp d 2 3 2 7 864 0 088 650 101 04 460 20 075 33 650 101001 979 10 kPa 752 0 答 贮气筒的工作压强为kPa 752 0 7 16 水从密闭容器 沿直径 25mm 长 10m 的管道流入容器 已知容器水面AdlBA 的相对压强 2at 水面高 1m 5m 沿程摩阻系数 0 025 局部损失系数 1 p 1 H 2 H 阀门 4 0 弯头 0 3 试求流量 v b H1 H2 A p1 B 解 以地面为基准面 从池面到池面列伯努利方程 AB 222 11 1222 12 3 222 vb pvpvlv HH ggggdg 进出 取 则有 12 0vv 2 0p 0 5 进 1 0 出 12 1 12 2 10 0 5 1 04 03 0 30 025 0 025 p g HH g v 12 21205 16 4 g m s 4 37 l s 2 4 370 0252 15 4 QvA 答 流量l s 2 15Q 7 17 水车由一直径 150mm 长 80m 的管道供水 该管道中有两个闸阀和 4 个 90 弯dl 头 0 03 闸阀全开 0 12 弯头 0 48 已知水车的有效容积为 25 水 a b V 3 m 塔具有水头 18m 试求水车充满水所需的最短时间 h H 解 以管出水口为基准面 列伯努利方程 22 42 22 lvv H dgg 进弯阀 2 80 0 5 1 04 0 482 0 120 03 0 15 2 v g m s 2 4 24 19 66 gH v l s 2 4 240 1574 89 4 QvA VQT s min 3 25 333 84 74 89 10 V T Q 5 56 答 水车充满水所需的最短时间为min 5 56 7 18 自密闭容器经两段串联管道输水 已知压力表读值 1at 水头 2m 管长 M pH 10m 20m 直径 100mm 200mm 沿程摩阻系数 0 03 试求流量 1 l 2 l 1 d 2 d 1 2 并绘总水头线和测压管水头线 H l1d1 pM l2d2 解 以管中心线为基准面 从容器水面到出口断面列伯努利方程 2 2222 12 2221122 12 12 22222 M vvpvvlvlv H ggggdgdg 进 1122 v Av A 2 12 21 vd vd 2 1 0 可求得 1 2 22 424 22122 12 11112 2 2 1 01 p gH v ddldl ddddd 进 1 2 44 2 9 807 2 10 1020 0 5 21 090 0320 03 0 10 2 m s 1 847 m s 2 2 1 1 1 857 3877 d v d L s 2 22 1 850 258 03 4 Qv A x 0 010 10 30 m H1210 62 260 6960 174 m p H 127 820 52 0 5220 12 10 6 2 26 0 696 0 174 0 522 0 52 x 答 流量L s 总水头线和测压管水头线见上图 58 03Q 7 19 水从密闭水箱沿垂直管道送入高位水池中 已知管道直径 25mm 管长 3m 水dl 深 0 5m 流量 1 5L s 沿程摩阻系数 0 033 局部损失系数 阀门 9 3 入hQ a 口 1 试求密闭容器上压力表读值 并绘总水头线和测压管水头线 e M p l pM hh 解 以下池水面为基准面 列伯努利方程 2 0 2 M a plhv lh gdg 进出 2 3 2 3 54 1 5 10 1 0 1 00 0339 3 20 0250 025 M plhg 33 34 32 1074 33 10 kPa 108 65 m s 3 2 4 1 5 10 3 06 0 025 v xH m Hp m h11 58 11 1011 58 10 63 l3 977 3 53 5 3 5 l h3 53 5 阀4 444 44 lhh 3 5 3 977 4 44 11 58 11 10 H Hp m 答 密闭容器上压力表读值kPa 总水头线和测压管水头线见上图 M p108 65 7 20 工厂供水系统 由水塔向 三处供水 管道均为铸铁管 已知流量 10ABC c Q 5 10 各段管长 350m 450m 100m 各段直sL B qsL A qsL 1 l 2 l 3 l 径 200mm 150mm 100mm 整个场地水平 试求所需水头 1 d 2 d 3 d 水塔 l1d1 l2d2 l3d3 A B C qA qB QC 解 以水平面为基准面 从水塔水面到断面出口列伯努利方程 C 222 331122 123 123 222 lvlvlv H dgdgdg 其中 取 查表 7 3 可得 2 5 33 10 3n a d 0 013n 1 9 30a 2 43 0a 3 375a l s l s l s 1 25Q 2 15Q 3 10Q 代入可得 222 9 3 350 0 02543 0 450 0 015375 100 0 01H m 10 138 答 所需水头为m 10 138 7 21 在长为 2 直径为的管道上 并联一根直径相同 长为 的支管 图中虚线 若ldl 水头不变 不计局部损失 试求并联支管前后的流量比 H ll H 解 并联前 设管道的比阻为 则有 a 2 2HalQ 2 H Q al 并联后 总流为 Q 2 22 5 24 Q HalQalalQ 4 5 H Q al 两支路的流量为 12 2 Q QQ 82 101 26 55 Q Q 答 并联支管前后的流量比为 1 26 7 22 有一泵循环管道 各支管阀门全开时 支管流量分别为 若将阀门开度变 1 Q 2 QA 小 其他条件不变 试论证主管流量怎样变化 支管流量 怎样变化 Q 1 Q 2 Q Q Q1Q2 A 解 设主管阻抗为 支管阻抗为 0 S 1 S 2 S 主管损失为 支管损失为 2 000f hS Q 222 11122f hS QS QS Q 111 222 111 12 12 fff hhh QQ SSS 12 1212 111SS SSSSS 12 2 12 S S S SS 水泵扬程 22 12 00100002 12 ff S S HhhSS QSQ SS 222 000012 00032 1011 1212 2 SSdHdHdQdQS S QSQ dSdQdSdS SSSS 22 00 2 00 1 12 00 2 SSdQQ HdH dS SS QdQ 对离心泵 一般有 成立 0 0 0 dH dQ 0 1 0 dQ dS 即减小 而增加 减小 故增加 0 Q 0 H 0f h 1f h 又 当增加时 不变 故增加 012 QQQ 1f h 2 S 2 Q 减少 1 Q 答 主管流量减小 支管流量减少 增加 Q 1 Q 2 Q 7 23 电厂引水钢管直径 180mm 壁厚 10mm 流速 2 工作压强为d vsm 1 106Pa 当阀门突然关闭时 管壁中的应力比原来增加多少倍 解 0 c Hv g 其中 m s 0 1 92 10 1435 1319 2 1 10180 1 1 20 0 1010 c c K D E 其中Pa Pa mm mm 9 2 1 10K 10 20 0 10E 180D 10 m 1319 2269 9 807 H kPa 2638 14P 管中压强增大的倍数为倍 3 64 答 管壁中的应力比原来增加倍 3 64 7 24 输水钢管直径 100mm 壁厚 7mm 流速 1 2 试求阀门突然关闭时的d vsm 水击压强 又如该管道改为铸铁管水击压强有何变化 解 对钢管 m s 0 1 92 10 1435 1341 2 1 10100 1 1 20 0 107 c c K D E 对铸铁 m s 0 1 92 10 1435 1256 2 1 10100 1 1 9 8 107 c c K D E m 0 1341 1 2164 05 9 807 c Hv g m 0 1256 1 2153 09 9 807 c Hv g Pa 6 1 609 10P Pa 6 1 507 10 P 答 阀门突然关闭时的水击压强为Pa 该管道改为铸铁管水击压强为 6 1 609 10 Pa 6 1 507 10 7 25 水箱中的水由立管及水平支管流入大气 已知水箱水深 1m 各管段长 5m 直Hl 径 25mm 沿程摩阻系数 0 0237 除阀门阻力 局部水头损失系数 外 其他局d 部阻力不计 试求 1 阀门关闭时 立管和水平支管的流量 2 阀门全开 1 Q 2 Q 0 时 流量 3 使 应为多少 1 Q 2 Q 1 Q 2 Q H Q2 Q1 l d l d l d 解 1 阀门关闭 2 2 2 2 vl Hl dg m s 2 22 9 8071 5 3 52 210 0 0237 0 025 g Hl v l d L s 2 222 3 520 0251 73 4 Qv A 1 0Q 2 阀门全开 设结点处压强为 以水平管为基准面 则有 p 2 2 p alQ g 2 1 p lalQ g 可得 22 12 1 QQ a 其中 5 2525 88 0 0237 2005872 0 10 0 025 a gdg 再从水池面到出口列能量方程 1 Q 22 1 2lHalQalQ 22 1 2lH QQ al 12 QQQ 可得 222 11221 2 2 lH QQQQQ al 25 112 5 225 12 23 5 1 321 6 10 2 0 105 0 5 10 lH QQQ al QQ 25 112 1 50 5 1 6 10QQQ 225 12 1 61 60 5 1 6 10QQ 22 1122 0 11 60QQQQ 2 11 22 10160 QQ QQ 解得 2 1 2 101064 56 4 2 Q Q 故 不合题意 12 11 4QQ 12 1 4QQ 代入方程中可得 L s L s 25 2 128 960 5 10Q 2 0 197Q 1 2 245Q L s 2 442Q 3 设置阀门开度 使时 阀门阻力系数为 12 1 2 QQQ a 则有 2 1 2 1222 1 24 4 2 2 24 a a Q dal lHalQalQalQ ggd 及 222 211 24 8 a alQlalQQ gd 12 QQ 22 1 2424 82 aa lQQ gdgd 可得 2424 24 25 254 1 2 8 a a a al lHalgdgd l gd 24 245224 5 55 2 1059 8070 025 8 19 69 88 6 a algd algd lH lH l L s 0 50 5 2424 9 807 50 025 2 19 22 19 69 a lgd Q l s 12 1 19QQ 答 1 阀门关闭时 立管和水平支管的流量 L s 2 阀门全开 1 0Q 2 1 73Q 0 时 流量L s L s 3 使 应为 1 2 245Q 2 0 197Q 1 Q 2 Q 19 69 7 26 离心泵装置系统 已知该泵的性能曲线 见图 7 49 静扬程 几何给水高度 19m 管道总阻抗 76000 试求 水泵的流量 扬程 效率 轴功 g HS 52 msQH 率 0246810 16 20 24 28 32 36 Q L s H m 70 60 50 40 解 装置扬程为 22 1976000 g HHSQQ 在图上作曲线 列表如下 Q 2468 H19 30420 2221 73623 86 确定工作点为 流量 L s 7 2Q 扬程 m 22 90H 效率62 轴功率 kW 3 1000 9 807 22 9 7 2 10 2 6 0 62 gQH N 7 27 由一台水泵把贮水池的水抽送到水塔中去 流量 70 管路总长 包括吸 压QsL 水管 为 1500m 管径为 250mm 沿程摩阻系数 0 025 水池水面距水塔水面的高d 差 20m 试求水泵的扬程及电机功率 水泵的效率 55 g H 压水管 吸水管 Hg 解 2525 88 0 025 2 116 9 8070 25 a gd 水泵扬程 m 22 202 116 1500 0 0735 55 g HHalQ kW 1000 9 807 35 55 0 07 44 37 0 55 gHQ N 答 水泵的扬程为m 电机功率为kW 35 5544 37 第八章习题答案第八章习题答案 选择题选择题 单选题 8 1 明渠均匀流只能出现在 b a 平坡棱柱形渠道 b 顺坡棱柱形渠道 c 逆坡棱柱形渠道 d 天然河 道中 8 2 水力最优断面是 c a 造价最低的渠道断面 b 壁面粗糙系数最小的断面 c 过水断面积一点 湿周最小的断面 d 过水断面积一定 水力半径最小的断面 8 3 水力最优矩形渠道断面 宽深比是 c b h a 0 5 b 1 0 c 2 0 d 4 0 8 4 平坡和逆坡渠道中 断面单位能量沿程的变化 b a 0 b 1 b c d 1 b c d 0 r Fh c hv c de dh 8 7 明渠水流由急流过渡到缓流时发生 a a 水跃 b 水跌 c 连续过渡 d 都可能 8 8 在流量一定 渠道断面的形状 尺寸和壁面粗糙一定时 随底坡的增大 正常水深将 a 增大 b 减小 c 不变 d 不定 8 9 在流量一定 渠道断面的形状 尺寸一定时 随底坡的增大 临界水深将 b a 增大 b 减小 c 不变 d 不定 8 10 宽浅的矩形断面渠道 随流量的增大 临界底坡将 b c i a 增大 b 减小 c 不变 d 不定 8 11 明渠水流如图 8 49 所示 试求 1 2 断面间渠道底坡 水面坡度 水力坡度 v1 4m s 3m5m v1 4m s 4 5m 2m 30m 00 1 2 解 321 0 033 3030 i 86 5 0 05 30 p J 22 44 5 86 5 22 0 0428 30 gg J 答 1 2 断面间渠道底坡 水面坡度 水力坡度 0 033i 0 05 p J 0 0428J 8 12 梯形断面土渠 底宽 3m 边坡系数 2 水深 1 2m 底坡 0 0002 渠道受到bmhi 中等养护 试求通过流量 解 m2 1 23 1 2 26 48Ah bhm m 2 22 22132 1 258 367bhhmbhm m 取 见教材 153 页表 6 4 0 7745 A R 0 0225n m3 s 2 1 3 6 16 48 0 77450 0002 3 435 0 0225 QRRiA n 答 通过流量m3 s 3 435Q 8 13 修建混凝土砌面 较粗糙 的矩形渠道 要求通过流量 9 7 底坡 0 001 Qsm 3 i 试按水力最优断面设计断面尺寸 解 对矩形断面 水力最优断面满足 2bh 2 2Abhh 24bhh 2 2 42 hh R h 取 23 1 QARi n 0 001i 0 017n 23 2 2 2 hnQ h i 8 3 11 33 0 017 9 7 4 14 220 001 nQ h i m m 1 70h 3 40b 答 断面尺寸为m m 1 70h 3 40b 8 14 修建梯形断面渠道 要求通过流量 1 边坡系数 1 0 底坡 0 0022 粗Qsm 3 mi 糙系数 0 03 试按不冲允许流速 0 8 设计断面尺寸 n max vsm 解 m2 max 0 8vv 0 8 Q A max 1 1 25 0 8 Q A v 又 即 23 max 1 vRiv n 2 max 3 12 0 03 0 8 0 502 0 0022 n v R i 0 366R 有 2 1 25hbmh 2 2 0 366 21 hbmh bhm 即有 2 1 25 2 23 42 hbh bh 解得 2 1 870 6840hh 0 5 1 37 h 2 01 2 455 b m m 2 00b 0 5h 答 断面尺寸为m m 2 00b 0 5h 8 15 已知一钢筋混凝土圆形排水管道 污水流量 0 2 底坡 0 005 粗糙系数Qsm 3 i 0 014 试确定此管道的直径 n 解 取充满度为 则 0 6 h d 2 0 4920Ad 0 2776Rd 822 2 333 11 0 49200 27760 0051 05750 2 0 014 QARiddd n m 0 535d 故应取 则由表 8 4 查得 0 75 h d 2 0 6319Ad 0 3017Rd m 83 1 43570 2d 0 478d 故取 mm 500d 答 管道的直径mm 500d 8 16 钢筋混凝土圆形排水管 已知直径 1 0m 粗糙系数 0 014 底坡 0 002 试校dni 核此无压管道的过流量 解 满流时的过流量为 23 2 2 3 000 11 0 002 0 014 44 d QARid n 23 11 10 002 0 01444 m3 s 0 996 对管径为 m 的输水管 取10 80 h d 由图 8 16 查得 m3 s 0 0 98 Q Q 0 974Q 解法 2 取 则 0 80 h d 2 0 67360 6736Ad 0 30420 3042Rd m3 s 22 33 0 6736 0 30420 0020 973 0 014 A QRi n 答 无压管道的过流量m3 s 0 973Q 8 17 三角形断面渠道 顶角为 90 通过流量 0 8 试求临界水深 Q 3 ms 解 临界水深满足 32 C C AQ gB 其中 2 CC Ah 2 CC Bh 取 52 2 C hQ g 1 0 m 11 2255 22 0 8 0 665 9 807 C Q h g 答 临界水深m 0 665 C h 8 18 有一梯形土渠 底宽 12m 边坡系数 1 5 粗糙系数 0 025 通过流量 18bmnQ 试求临界水深和临界底坡 sm 3 解 32 C AQ gB 2 121 5 CCCCC Ahbmhhh 2123 CCC Bbmhh 3 2 2 121 5 18 33 04 1239 807 CC C hh h 用试算法求解 C h 1 00 750 60 5 Q 16466 9433 6019 19 m 0 6 C h 临界底坡满足 2 C C CC g i CB 其中 m2 0 612 1 5 0 67 74 C