水力学计算例题.ppt

1、第三章流体力学第四章流体力学基础第十章明渠非恒定流第十二章渗流。PPT，基本概念，什么是总水头线和测压管水头线？水力梯度和压力计梯度？流量均匀的压力计的水头线和总水头线之间有什么关系？在什么情况下压力测量管的头会下降？在什么条件下它会上升？在什么条件下它是水平的？为什么？试着推断一下。沿着过程的总水头线的减少与过程长度的比率称为水力梯度，即解决问题的步骤。答：连接每个部分的总能量值的曲线或直线称为总水头，连接各部分值的点的线称为测压管水头线。在均匀流中，总水头线和测压管水头线是平行的直线。沿着过程的压力计头线的减小值与过程长度的比值称为压力计斜率，也就是说，从能量方程验证实验中可以看出，当某一

2、流量通过实验管道时，在具有相同直径的管段中，由于每个管段的速度头相等，也就是说，沿程只有增大的压头损失，所以它沿程下降。在逐渐扩张的管段中，由于D沿程增加，但沿程减少，hw沿程增加，使其变得更小并沿程增加，一些动能转化为势能，因此它沿程上升。只有在静态液体或理想液体的情况下，测压管头线才是水平的。问题解决步骤，计算问题，MF2SC0233002。PPT，水从相对压力P0=0.25工程大气压的密闭容器中沿变截面管道流出，管道轴线与水平线成一定角度，末端为锥形喷嘴。设置H=15m，如果不考虑能量损失，尽量找出管道中的允许流量，并做好总水头线和测压管水头线。各管段的管径为d1=125毫米，d2=15

3、0mm毫米，d3=100mm毫米，d4=75mm毫米，管段的总长度为L=L1 L2 L3 l4=4 650.3=15.3米。(2)绘制总水头线和测压管水头线；(a)计算每个管段的流速水头，这由连续性方程可知：问题解决步骤和问题解决步骤；(b)计算每个截面的压力计头，如图所示，以N-N为基准面，截面1-1、截面2-2和截面3-3的能量由截面0-0列出。将相应管段的流速水头值加到每个管段的测压管水头线上，形成水头线E1L。总水头线是穿过压力测量液位的水平线，因为没有考虑水头损失。问题解决步骤，答案：Q=0.098m3/s，问题解决步骤，MF2SC0324003。PPT，基本概念，“恒定流和非恒定流

4、”、“均匀流和非均匀流”、“渐变流和突变流”，这三个概念如何定义？他们之间有什么联系？梯度流的重要特性是什么？恒定流：如果在流场的任何空间点上，所有运动元素都不随时间变化，这种流动称为恒定流，其数学表达式为不稳定流：如果在流场的任何空间点上，任何运动元素随时间变化，这种流动称为不稳定流。均匀流：当水流的流线是平行的直线时，水流称为均匀流。不均匀流：当水流的流线不是平行的直线时，水流被称为不均匀流。渐流：当水流的流线彼此不平行，但几乎接近平行的直线时，这种流动称为渐流。突变流：当流线之间的角度较大或流线的曲率半径较小时，这种流动称为突变流。稳定流和非稳定流可以是均匀流或非均匀流，非均匀流也包括渐

5、变流和突变流。梯度流的重要性质是：水横截面上的压力近似服从静压分布；解答步骤和计算问题；MF2SC0322004。PPT。有一个流场；其速度表达式为：(1)流线族为t=0，通过点A(-1，-1)的流线方程；(2) at，title，解法：(1)流线方程，积分，即解题步骤，流线方程，当t=0时，点a x=-1，y=-1，c1=1，当t=0时，(2)迹方程，即假设，解题步骤，积分：当，title，b，解题步骤，解法：(1)，流场为旋流，(2)为非旋流，计算问题，MF2SC0323006。PPT，一个简单的管道，如图所示。长度800米，管径0.1米，水头20米。管道中间有两个弯头。每个弯头的局部水头

6、损失系数为0.3，已知阻力系数为0.025。试着找到管道中的水流。 (1)将管道视为短管，计算通过管道的流量。不考虑近速度头，局部损失包括进口损失和弯头损失。因此，引入的局部损失系数是，问题解决步骤，(2)计算沿程损失和局部损失，管道中的流速，流速水头，沿程损失，问题解决步骤，局部损失，因此，沿程水头损失占总水头的百分比是，因此管道可以计算为长管道。(3)根据长管计算管道流量有解题步骤，所以长管计算的流量与短管计算的流量相差0.00004m3/s，相对误差为。可以看出，当将上述管道计算为长管道时，误差很小。问题解决步骤，计算问题，MF2SC0411007。众所周知，粘性液体的速度分量是： (粘

7、性系数是)，试问：(1)液体运动是连续的。(2)压力。(3)如果不考虑外力，压力为，写出压力分布的表达式。标题，连续性，解：(1)液体运动是否连续，问题求解步骤，(2)计算应力，(3)压力表达式，由Nader-Stokes方程在X和Y方向上整理出来，问题求解步骤，无外力恒定流，二维问题，问题求解步骤，代换，两个公式相加： 交叉段2-2处的交叉段面积A2为0.02m2，两段之间的水头损失hw为，流量q为20l/s。试求交叉段2-2处测压管的高度。 众所周知，z1是2.5m，z2是2.6m，解：从连续的能量方程可以得到2-2，解题步骤，解题步骤，计算问题，MF2SC0432009。在水轮机的垂直锥

8、形尾水管中(如图所示)，已知1-1段的直径为0.6m，平均流速v1为6m/s，2-2出口段的直径为0.9m，两段之间的水头损失hw假定为5m。 设置第2-2节和第3-3节的能量方程(不包括出口段的水头损失)，求解该问题，以第2-2节为基准设置第1-1节和第2-2节的能量方程，则第1-1节的真空度为，求解该问题，计算该问题，如果文丘里流量计测得Q为5时水管与喉管的高度差为11厘米，Q为5.7时为14厘米， 已知水管直径为10.4厘米，喉管直径为6.4厘米。计算文丘里流量计的流量系数。根据文丘里流量公式，解题步骤，取两次平均值，解题步骤，计算题，MF2SC0432011。PPT，标题，为了将水库中

9、的水引至堤外进行灌溉，安装了一个直径为15cm的虹吸管(如图所示)。不计算水头损失时，通过虹吸管的流量是多少？虹吸管顶部S点的压力是多少？集，出口流入大气，因此，入口贮液器的流速很小。解决方法：以管道出口段水平面为基准面，写出1-1段进口水面(进口水面)能量方程和2-2段能量方程，以水池水面为基准面，写出1-1段和通过S点段的能量方程。然后，通过管道容积和问题解决步骤，S点绝对压力高度为5米水柱。相对压力，S点相对压力高度为-5m水柱高度，可移动，解题步骤，计算题，MF2SC0443012。PPT，标题，水电站压力管道有一个直径为1.5m的渐变段，即1m。梯度段的起始压力为(相对压力)，流量为

10、。如果水头损失不计算在内，则计算渐变段桥墩上的应力。解决方法：在第1-1节和第2-2节中找到管道中的流速和动态水的总压力。以管轴中心线为参考平面，取第1节和第2节的能量方程：(取，求解问题步，总压，求解问题步，即轴向推力为391.715千牛顿，方向相反。以1-1和2-2断面水体为控制体，坐标方向如图所示。取沿x轴的动量方程，(集合，解题步骤，计算问题，MF2SC0443013。众所周知，水平放置的三通管的主管直径为d=1200毫米，支管直径为d=850毫米，主管入口处1-1段的相对压力为p=10nn牛顿/平方米，流量为q=众所周知，水平放置的三通管的主管直径为d=1200毫米，支管直径为d=8

11、50毫米。主管入口处1-1段的相对压力为p d=850 N/m2，流量为q=3.0m 3/s。两个管道的一半排放。试着确定支撑球座所需的力。解决方案：取图中的控制体，如虚线所示。坐标见图表。(1)计算每个截面上的流速：问题解决步骤；(2)计算各段的动水压力：以大管轴线为基础，1-1段和2-2段的能量方程如下：解题步骤；(3)计算作用在液体Ry=0分叉管上的力，并建立沿X方向的动量方程：问题解决步骤，因为分叉管与X轴对称。因此，作用在分叉管道上的力p和Rx大小相等，方向相反。回答：(P=311KN)，问题解决步骤，MF2SC0432014。PPT，基本概念，能量方程中每一项的几何和能量意义是什么

12、？(1)各项目的几何意义：能量方程可以写成：从几何角度看，方程是位置水头、压力水头、速度水头和两个断面之间的水头损失。解决问题的步骤从能量的角度分别表示单位重量的液体、势能、压力能、平均动能和能量损失。(2)每个项目的能量含义：问题解决步骤，计算问题，MF2SC0443015。PPT，标题，有水落下，如图所示，水舌下端与大气相通，液位为大气压力。今天，q=9.8m3/s，h1=2m，h2=3m。水舌下尾水的深度h是多少米？解：取图中的控制体，如图所示，建立沿水流方向的X坐标，并列出沿X方向的动量方程，即：解题步骤，作用在岸壁上的动水压力P大小等于Rx，方向相反，即p=8526(N)，回答：h=

13、1.32m米，解题步骤，计算与水流方向成一定角度作用在固定平面壁上的冲击力。水流冲击平面墙后，分成两股水流从冲击区流出。如果不计算重量(在ho上流动喷流方向上的压力为：沿喷流方向作用在平面壁上的压力P和R大小相等，方向相反，即(2)计算总和，以穿过喷流轴线的水平面为参考面，写出0-0和1-1截面的能量方程：可以用同样的理由得到，并写出沿X方向的动量方程：(1)从连续性原理出发；(2)解决问题的步骤。如果等式的左端相等，那么右端也相等；也就是说，如果你使用乘法公式，你可以得到它；在问题解决步骤之后，你可以移动物品并将其分类，然后沿着喷射方向施加在平壁上的压力大小相等，方向相反。问题解决步骤，计算

14、问题，MF2SC0443017。射流从喷嘴水平喷出，并撞击在垂直于射流方向的方形平板上。平板等厚，边长30cm，平板上缘悬在铰链上(不包括铰链摩擦力)。当射流撞击平板中心时，平板在偏转300后不会偏转。假设喷嘴直径d=25mm毫米，喷嘴前方梯度流起点的压力表读数为1.96，该截面的平均流速v=2.76，喷嘴的局部水头损失系数=0.3，并计算平板的质量。它显示了以0为旋转轴的平板偏转后的力。在管道轴线的基础上，列出了第1-1节和第2-2节的能量方程，并以通过喷嘴的流量作为控制体。坐标系如右图所示：动量方程沿X方向列出。在解题步骤中，喷流冲击平板的力P等于大小，与方向相反，即取力矩O。答案：解题步

15、骤，计算问题，MF2SC0443018。当闸门宽度为b=4m，已知流量为Q=8m3/s时，闸门前水深为H=4m，闸门孔后收缩段水深不计入摩擦阻力，故试求作用在平板闸门上的总动水压力。title，solution:取图中的控制体，如虚线所示，并查看图中的坐标。(1)计算横截面的平均流速，并解决问题；(2)计算横截面的动水压力；(3)计算闸门对水流的作用力，建立沿x方向的动量方程；解决这个问题，因为y方向没有动量变化，Ry=0。闸门作用在水流上的总动水压力为：水流作用在闸门上的总动水压力p和r大小相等，方向相反。答案：P=325KN，解题步骤，计算题，MF2SC0531019。PPT，标题，尝试速度分布的对数公式，计算二维明渠均匀流速度分布曲线上的点的位置，它等于断面的平均速度v(见图)。解：流速分布的对数公式是：所以单位宽度渠道的流速是：(1)，在解决问题的步骤中，通过使上述公式等于公式(1)的等号的右侧，我们可以得到：即，因此，或，由此我们可以看出，水面下0.633小时的流速等于平均流速。在水文测量中，水面下0.6小时的速度作为平均速度。并且因为这个地