《水力学》作业题参考答案

1、水力学作业题参考答案第1章绪论第1章绪论作业1、密度为850kam3的某液体动力黏度为 仇其运动黏度为多少？解：/0005 =5 88xlQ_6(m2/s) p 850第3若使水的体积;第3章第3章别增加多少?解：假定压强为0.5MPaodV/V K = 一dP第3章dP = -dV IVK第3章当 dU/U = Ol%AP = _-0.1%0.538 x IO-9第3章当 d u/u = _i%第3章第3章AP = _-1%0.538x109第3章作业咸小Q和1湛压强应分= .86MPa= 6MPa第1章绪论作业 3、温度为1炉C、体积为2$血啲水加热到63G 体积增加了多少？解：dV/V

2、av dT10°C时，6ZV =0.14x1 O'4°C1/. dV = ocv x dTxV = 1.75L第3章5第2章水静力学第2章水静力学作业 1密闭水箱压力表测得压强为4100P触压力 表中心也点高皈4呱 A点在液面下1$呱 求液面绝对压强e解：Po= Pa+PiAPS二 +4900-1.1x1000x9.81二 P厂 5.89(kPa)相对压强为：-5.89 (kPa)绝对压强为：98-5.89=92.11 (kPa)9第2章水静力学作业#第2章水静力学作业解: 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°(1)

3、总压力:Pz = A - p = 4pg x 3 x 3 = 352.8(kN)(2)支反力：R = %=%+%=%+Qg(lxlxl + 3x3x3)=+ 9807 x28 =+ 274.7PN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。hn>18m11第2章水静力学多个期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Q中高程的单位为IIU试求水面的绝对压强p换解：Po = P°+（23-l2）%g-（25-l2）pg+（2.5-1.4）pffgg-（3.0-1.4）pg=pa +265.

4、0= 98 + 265.0=363kPa第2章水静力学作业4、绘制题图中AB面上的压强分布图BB-#-第2章水静力学作业aV7/y、x7:5、矩形平板闸门AB如图所示,A处设有转轴。已知闸门长 宽&形心点水深艇勻妬 倾角奸範° »忽略闸 门自重及门轴摩擦力。试求奔启闸门所需拉力护护 解：水对闸门的的作用力刘、为：Fp = pgh.A = 1 OOOx 9.807x 3x(3x2)=l 7652 知=116.5Kpa j丄 x2x33水作用力的作用点初点：二儿+ 二一r+= 4.42yr A sin 453'2x2x3sin 45设所需拉力为件，则水的作用力和

5、拉戈分别对A点取力矩，有Fp - AD= Ft AjB-cos45°即：Pp -(?D -OA)=FT AB-cos45°则有:h I1765 x (2.475-(J-)=FTxlx cos45°sin 452解得：FT= 139.52KN脩讯-11-第2章水静力学作业 6、矩形平板闸门宽b=0°8isb高h=l叫 若要求在当水深坷 超过2m时，闸门即可自动开启.转轴的位置y应是多少？ 解：-#-第2章水静力学作业-#-第2章水静力学作业当水深达到九时，水压力作用位置应作用在转轴点,当水深大于九时，水压力作用位置应作用于转轴上面,使闸门-#-第2章水静力

6、学作业-#-第2章水静力学作业yD=rwh2rrr开启。P= hx- pg AZ? = 1.5x1000x9.807x1x0.8= 11.7684 (kPa)i2= 1.5+=1.556 (m)lo1.5x12x 12转轴位置距渠底的距离为: 2-1.556 = 0.444 (m)-13-第2章水静力学作业7密闭盛水容器”已知hi=Q四鼬水银测压计 读值 b皿g 试求半径R=0$尬的半球盖AB所受总压力的水平分力和铅垂分力解：（1）确定半圆中心压强PoPo = Ah pHg 8 Pdb %） = 76.l（KPd）（2）计算水平分量PxP、= p（） A = py 7rR2 = 59.74A7

7、V（3）计算铅垂分力Pz=Vpg =47?33x-xpg = 4 乂乃/0：5_ x 98Q7 = 2.56KN2 6第3章第3章水动力学1已知流速场如=妒叫试求:作业第3章水动力学第3章-15-第3章-#-（1）点（1，2, 3）之加速度；（2）是几元流动;(3) 解：(1)是恒定流还是非恒定流；(4)是均匀流还是非均匀流?du vdu vdu vdux. 4 2 4 八 14ar -+ti +wv+il = xy xy+0 = -xy* dt x dx y dy z dz33 70叫duydudu 八门1 5门1 5av = +/ +比，+u_ =0+0+-y +0= y 3 dt A d

8、x y dy z dz33durdu7du.du7 门 31323d = + + wv 仁一=0+xy -xy = xyz dt x dx '勿3 dz'3 3 av(t2,3) = -xlx24 = (m/s2)ay (1,2,3) =-x25 =(m/s2)3333(1,2,3) = lx 23 = ( m/s2)a = J a：= 13.06( m / s”(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-#-第3章水动力学作业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k

9、Pa,如不计水头损失，求 通过的流量。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_7 +$+ 讶 +_E + 一 + + nw-2z 2goy 2g式中沪爲7 = 2.14"严0,却00rDL1 T8T -1、r2J11乙° =0, p? = 55kPa,=0jrjr则 沪 5.6ml s e-2-=5.6x-x0.05-0.01W/.第3章水动力学作业第3章3、变直径的管段A爲 直径DRUm, =04m,高差 A/r=l-5m0 测5pA=30kPa pB=40kPa, 处断面平均流速 临=1£皿。试判断水在管中的流动方向Bx

10、解：找到基准面“B2VB =0.42x 1.5 = 6m/ s0.2xA2HA = ZA + + = 0 +=4.89mY 2g 9.8072x9.807=+ + = L5 +1.52Y 2g9.8072x9.807=5.69m hH第3章作业第3章水动力学4、利用皮托管原理测量水管中的点速度如解:读值h=60mm»求该点流速u。/flU水第3章-19-第3章-#-P= a/2x9.807x12.6x60x10_3=3.85(m/ s)第3章-#-第3章水动力学作业5、为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径Di=200mm, 流量计喉管直径D2=100mm,石油密度p=8

11、50kg/m3,流量计流量系数11=0-95 o现测得水银压差计读数h.=150mm,问此时管中流量Q是多少。解：Q=“k、PHgj hr P曲丿其中：“阿丰77'0,2-x 5/2x9.8074= 0.0359JL-1|九= 0.15 (m)Q = pK旦一 1力 An丿-20-=阿阿叫（际醫乌心5= 0.0511575 (m3/s)= 51.2 (/s)作业第3章水动力学 6、水箱中的水从一扩散短管流到大气中"直径DlOOmm, 该处绝对压强Pi=O5大气压”直径Dr 150mm,试求水头H。 水头损失忽略不计。解：（1）以出水管轴线为基准面，列管径a与仏处的伯努利方程,

12、可得：斗空=邑+空Pg 2g pg 2g *7 O/ Pl 叮-V；=-丄丄- p（2）从液面到短管出口列能量（伯努利）方程。4.994?2x9.807取 0 = % = 10，p2 = 0 > p = -0.5 x 101.325 = -50.663 kPa= 1.27 (m)第3章水动力学作业喷嘴射出，已知流量Q=0.4m3/s,主管直径Di=0.4m,喷口直伯努利方程:旦+空Lo+强Pg 2g2gV巴岁X(50.93，-3.18?) = 1291.854 (kPa)径D2=0.1m,水头损失不计，求水流作用在喷嘴上的力Fr。 解：（1）取过轴线的水平面为基准面，列螺栓断面与出口断面

13、的V! = = -°'4 z 4 = 3(m/s)1 A ttxO.42=-°-4 x 4 - = 50.93 (m/s) A2 rxO.T（2）取控制体如图所示，列动量方程。 假设喷嘴对水流作用力为F,方向向左。PPlV2p(2(v2-v1) = p1A1-F. = pA-pQ(v2vi)疗 x 0 4，二 1291.854 x -lx0.4x(50.93-3.18)=143.239 ( kN )对水流喷嘴作用力为Fr为F的作用力与反作用力。第3章-23-第5章水头损失第3章-#-作业第5章水头损失 1、水管直径D=10cm管中流速v=lm/s水温 为t=10&#

14、176;C c试判别流态并求临界流速？解:查 P5 表 13 知 t=10°C,i1.31x10-6m2/s紊流Re = =1X0 1=7.6xl04 >2300吐旦"0沁v 1.31x10%沁厂2沁R必第3章-25-第5章水头损失作业 2、有一矩形断面的小排水沟”水深 底宽b=20cm» 流速v=0J5m/s» 水温t=10*C» 试判别流态。解：尺亠亠-咚卫卩=o皿”/ b + 2h 0.2 + 2x0.15uR 0.15x0.06=687037、 131x10"Re =紊流第3章-27-第5章水头损失作业第3章-#-3、输

15、油管的直gD=150mm» Q=16釦阿油的 运动粘度g).2©n2為试求每千米管长的沿程水 头损失°解:4Q7td24x16.3龙 xO 15? x 3600=0.256m/5第3章-#-第3章-#-64ReV=0256x0,15 =1921.64<2300,层流0.2第3章-#-第3章-#-=0>743m64 I v2 641000 0.2562=XXRed2g 1921.64 0.152x9.8第3章-#-作业第5章水头损失 4、自来水管Kl=600m»直径D=300mm, IH铸铁管道 通过流量Q=60m3/h,试用穆迪图和海曾威廉公

16、式分别 计算沿程水头损失解：A.穆迪图法X貨二一=0236讥UN加 23600kx0.32Re = =V0.236x0.3=54046L31X1O'6紊流查表5-1e n ,5e/D=1.2/300=0>004由穆迪图（图5- 12）A = 0.031d 2g03 2g第3章-#-B、海曾威廉公式法查表54,取CHW = 95,算得相对粗糙128.7432912&743xO.3°0切C黑 2°04895L852x(60-3600)°J48'4x60"等二曲乔皿36讥 125玄口、72小7. I v2 cc 6000.2362

17、 八小匚计算沿程水头损失"万矿0.044京 ><书厂0.25m第5章水头损失作业 9、输水管道中设有阀门，已知管道直径为D=50mm通 过流量为Q=334L/s,水银压差计读值Ah=150mm,沿程 水头损失不计，试求阀门的局部损失系数。解:4g_ 4x0,00334 =1 7Qw/5 (0.05)/.7, = 12.6A/ = 12.6 x 0.15 = 1.8 91f _M”x2g _1.89x2x9.81_2 03v21.72UN第3章-#-第5章水头损失作业13、水管直径为D=50mm,两测点间相距l=15m,高差 3m,通过流量Q=6L/s,水银压差计读值为 h

18、=250mm, 试求管道的沿程阻力系数。解：404x0.006U =三= =3 .06/77 / 5加厂 疗（0.05）2£ =乙+厶+巴-+% PS 2g乙+旦+蛍二PS 2g厶+虽pg) PE=12.6心=12.6x0.25 = 3573 1S2 = = 0.022153.062X0.0519.6L涪5第3章-31-第5章水头损失作业HV2Q ¥=38.9m2x9.8 , r 20 / = /?/= 2+(3 + j)- = (2+3 + )- = 0.042x+3x0.8+0.26 x d2g2g d2g I 0.1丿-32-2g dd2g第3章 （课本后的答案为43

19、9n）4、两水池水位恒定，已知管道直径DHOOimn,管长 /=20mt沿程阻力系数2=0.042,弯管和阀门的局部损失系 数务=0.8,侖尸0.26,通过流量6=65L/s,试求水池水面高 差解：心红旦二卫空=83讥A ld2 £xO.l244歹Ijl-l. 22两断面的伯努利方程/ +0+0 = 0+0+0+/% =右+方加=兄万 h （3务+ g阀）V2V2则d 2&2g./ V2作业第5章水头损失15.自水池中引出一根具有三段不同直径的水管"已知直径=50mm, D=200mm,长度L=100m,水位rrJH=12mt沿程摩F且系数为&=0.03倉局

20、部损失系数阀 =5-0,试求通过水管的流量并绘总水头线及测压管水D头线业解：以oo截面为基准面，列11、 22截面的伯努利方程2H + 0 + 0 二 0 + 0 +丄+ 人2gkl = kf + kmj2j2j22 >2 2 >2 2 2 肉岩+(1-护苧0心护备+务蛊第3-33-2则日*+沟2g2j2；2j22>22>22亠心d+d j绘+吩+(】*斜吩令春2万7儿V-22g dig D 2g由连续方程可得H二匚+人2g'5 J Jd4Z1=1 +訐万+ 2 声+ d+(_V2；=2州/ 1 + ¥十+久譽+ ：进+(1-,代入上式，得+ 0.5（

21、1 T + 0.5（1 一务）+ 気2x9.8x12/ l + ?xO.O3x竺+ 0.03x）（）- + 0.5 + （l ）2+0.5x（l ） + 5 =1.22m/s20.050.250.220.250.22.e = vI.| = 1.22x0.05-2.4xl0-W/, = 2.4L/.-34-第3章-35-第6章有压管流作业第6章有压管流 1、虹吸管将A池中的水输入B池，已知两池水面高差第3章-37H=2m,水管的最大超高h=1.8m,管道长度分别为1讦3叫第3章-#及管道最大超高断面的真空度。解：简单短管道水力计算特点，应用公式有:12=5m，管径D=75mm,沿程阻力系数A0.

22、02,局部阻力系数：进口廟=05,转弯=0.2,出口.=1。试求流量QA(A0 =必=i2gH =2gH ()J几万+ XXj几I ； 2 +工(G +歹2 +歹3)-x0.0752=I4J2x9.8x2= 0.01413/ Is = 14.13乙/sJ0.02 x 上丄 + 0.5 + 0.2 + 1.0V 0.075Q 0.01413 4x0.01413 /v = = = 3.2m/ sA.2 兀 x0.075xd4第3章-#列断面0-0、1-1伯努利方程20 = z + + + /iz Pg 2g又 P = -Pc2g2 2+為*+訂+(弓+篇+G話3 2233 22小+环七皿硕+ &#

23、176;5 + 02)x环亠加第3-39作业777 / / /门ww-H一第6章有压管流2、由水塔向水车供水'由一 直径D=150mm,长l=80m,沿 程阻力系数后Q.Q3的管道供水 该管道中共有两个闸阀和4个 90°弯头，闸阀全开时局部阻 力系数弯头局部阻力 系数匚戸048。水车的有效容积 V为25尬3,水塔具有水头H=18m,试求水车充满水所需的最短时间t。第3章-41-解：列水塔液面及管道出流断面的伯努利方程V22gHZ +0+0= z2 + 0 + + ht 2g=4.29m/ s2x9.8x18QQ(l + 0.03x +2x0.12+4x0.48)0.15V25

24、t -兀i2v一d 4二= 330?4.29x-x0.1524第3章-40-作业第6章有压管流 4、自密闭容器经两段串联管道输水，已知压力表读SpM=0.1MPa» 水管长h=10m. 12=20m,直径d=100mm,电=200mm» 沿程阻力 系数几产心=003试求流量并绘总水头线和测压管水头线。H第3章-41-解：可将本题看成简单长管串联的水力计算，不计流速水 头和局部水头损失。则作用水头8x0.03x10川比+血=2 +空°°=12加pg 98008加8x0.03x10“父外 2 / 5S =z7- =7- = 24845 / m19.8x2x0

25、.1582/28x0.03x20H'H' = SQ2 + S2Q2=(Sl+S2)Q2二 Q =5一一 =68 厶/$S + S2 2484+155-42-乔厂 注：课本答案为58L/S,可能存在错误。第6章有压管流作业由于不计流速水头和局部水头损失，故其总水头线与测压管水头线重合，并且坡度沿流程不变的直线。具体结果如下图所示。 6、工厂供水系统”由水塔向A、B、C三处供水，管道均为di=200mm> d2=150mmt d3=100mmt 场地整体水平® 试求水塔底部出口压强.qB铸铁管。已知流量分别为Qe=10L/s, q*5Ld qA= 10L/s, 各管段长l!=350m, l2=450m, l3=100m,各段直伍第3章-#-解：属简单长管道的水力计算，不计流速水头和局部水头损失。Qi=qA+qB+Qc=i°+5+i°=25L/sQ2=qB+Qc=5+10=15L/sQ3=Qc=10L/sH= a£02+ a2l2Q+ a3l3 g3 2各管段的曼宁公式比阻由表61查得，代入上式H=9.3 X 350 X 0.0252+43 X 450 X 0.0152+375 X100 X 0.012=10.1m第6章有压管流作业g曲A1并联后:=1 7在长