水力学习题及答案-液体一元恒定总流的基本原理

第3章液体一元恒定总流的基本原理题解3.1如图某水平放置的分叉管路，总管流量Q=40m3/s，通过叉管1的流量为Q1=20m3/s，叉管2的直径d=1.5m求出管2的流量及断面平均流速。1 题3.1图 解：由连续方程可知 则 3.2有一底坡非常陡的渠道如图所示，水流为恒定流，A点流速为5m/s，设A点距水面的铅直水深H=3.5m，若以为基准面。求A点的位置水头。压强水头，流速水头，总水头各为多少？ 题3.2图 解：A点的位置水头： A点的压强水头为： A点的流速水头： 总水头： 3.3垂直放置的管道，并串联一文丘里流量计如图所示。已知收缩前的管径，喉管处的直径，水银压差计读数h=3.0cm，两断面间的水头损失（对应喉管处的流速）求管中水流的流速和流量。 题3.3图 解：以22断面为基准面对11断面和22断面列能量方程有（并取） 整理后得出 （a）列出水银压差计上的等压面方程有经化简，由于代入（a）后可得从而可解出 流量 3.4有一水泵，抽水流量Q=0.02m3/s,吸水管直径d=20cm，管长L=5.0m，泵内允许真空值为6.5m水柱，吸水管（包括底阀、弯头）水头损失hW=0.16m，试计算水泵的安装高度hs。 题3.4图 解：以水池水面为基准面，列水面和水泵进口断面的能量方程 而 则 3.5如图为一水轮机直锥形尾水管。已知AA断面的直径d=0.6，断面AA与下游河道水面高差z=5.0。水轮机通过流量Q=1.73/s时，整个尾水管的水头损失(v为对应断面AA的流速)，求AA断面的动水压强。 题3.5图 解：选下游水面为基准面，列AA断面与下游河道22断面的能量方程 而 将 代入左式得： 3.6如图为一平板闸门控制的闸孔出流。闸孔宽度b=3.5，闸孔上游水深为H=3.0,闸孔下游收缩断面水深hc0=0.6，通过闸孔的流量Q=123/s求水流对闸门的水平作用力（渠底与渠壁摩擦阻力忽略不计）。 题3.6图 解：取11，22断面截取一段水体为控制体列出动量方程有 则可解出 而 式中： 将上述速度和压力值代入动量方程后，可得出 而水流对闸门的作用力为 3.7固定在支座内的一段渐缩形的输水管道如图所示，其直径由d1=1.5变化到直径d2=1.0，在渐缩段前的压力表读数p=405kN/2，管中流量Q=1.83/s，不计管中的水头损失，求渐变段支座所承受的轴向力R。 题3.7图 解：列11与22断面能量方程，可解出 而代入上式后可得 列出动量方程 可解得渐变支座所承受的力 kN 3.8有一突然收缩的管道，收缩前的直径d1=30，d2=20，收缩前压力表读数p=1.5pa，管中流量Q=0.30,若忽略水流阻力，试计算该管道所受的轴向拉力N。题3.8图 解：取11，22断面为控制体，分别列出该两断面的能量方程和动量方程有 取 由于 将流速代入上式可得2断面压强为 列动量方程 可解出 该管道所受轴向力为 3.9如图为一挑流式消能所设置的挑流鼻坎，已知：挑射角=35，反弧半径r=25，单宽流量q=80反弧起始断面的流速v1=30，射出速度v2=28，不计坝面与水流间的摩擦阻力，试求：水流对鼻坎的作用力。 题3.9图 解：求出断面1和2处水深 水重 1和2断面的动水总压力为 列x向动量方程 列z向动量方程 3.10如图将一平板放置在自由射流之中，并且垂直于射流轴线，该平板截去射流流量的一部分Q，射流的其余部分偏转一角度，已知v=30，36 ,Q112 不计摩擦，试求：（1）射流的偏转角度；（2）射流对平板的作用力。 题3.10图 解：由连续方程 列x向动量方程 列y向动量方程 由能量方程可知 由y向动量方程可解出 由x向动量方程可解出 而 3.11如图所示，有一铅直放置的管道，其直径d=0.35，在其出口处设置一圆锥形阀门，圆锥顶角=60，锥体自重G=1400N。当水流的流量Q为多少时，管道出口的射流可将锥体托起？ 题3.11图 解：管道出口流速为v，绕过阀体后仍为v 列出z方向动量方程有 则代入数据后可得流速v 因此需流量 3.12.一水平放置的180弯管。如图所示。已知管径d=0.2，断面11及22处管中心的相对压强p=,管道通过的流量Q=0.157。试求诸螺钉上所承受的总水平力。（不计水流与管壁间的摩阻力） 题3.12图 解：取11，22断面的水体为控制体，并选坐标。 列x向动量方程： 则 3.13.一放置在铅直平面内的弯管，直径d=100，11，22断面间管长L=0.6，与水平线的交角=30，通过的流量Q=0.03，11和22断面形心点的高差z=0.15，11断面形心点的相对压强为p1=49，忽略摩擦阻力的影响，求出弯管所受的力。 题3.13图 解：选择水平管轴线为基准面，列出11，22断面能量方程 可解出 由于 则 列出x方向的动量方程： 则 求出该水体的重量 列出z方向动量方程 则 弯管所受总的力 方向角 3.14在水位恒定的水箱侧壁上安装一管嘴，从管嘴射出的水流喷射到水平放置的曲板上，如图所示，已知管嘴直径