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7.理想液体恒定有势流动,当质量力只有重力时,(B)
A整个流场)
A.薄壁堰流B.宽顶堰流C.实用堰流D.明渠水流
9.同一管道中,当流速不变,温度上升时,则雷诺数(A)
A.增大B.减小C.不变D.不一定
10.一段直径不变管道的流速从2m/s增加到4m/s时,在水流都处于紊流粗糙区时,沿程水
损失是原来的(d)倍
A.1B.2C.2D.4
二、填空题(在空格中填写正确答案)
(本大题共8小题,每空格2分,共16分)
1.有一明渠均匀流,通过流量Q
2.水泵进口真空计的读数为pk=55m/s3,底坡i2=0.0004,则其流量模数K=24.5KN/m,则该处的相对压强水头为3.矩形断面渠道,水深h=1m,单宽流量q=1m3/s,则该水流的佛汝德数Fr。
4.宽顶堰的总水头H0=2m,下游水位超过堰顶的高度hs=1.4m,此时堰流为出流。
5.渗流杜比公式表明,在渐变渗流中过水断面的流速分布为
6.已知谢才系数C=100m1/2/s,则沿程阻力系数l。
7.当液流为恒定流
8.直径为1m的管道中的水流,其水力半径为
三、计算题
(本大题分5小题,共54分)
1.(本小题10分)如图所示,一个封闭水箱,下面有一1/4园柱曲面AB,宽为1m(垂直于纸面方向),半径R=1m,h1=2m,h2=3m,计算曲面AB所受静水总压力的大小、方
向和作用点。
2.(本小题10分)有一长度为L的有压管道,管径d=0.1m,作用水头H=3m,在L/2处装一测压管,已知测压管水面高于管轴1m,不计行进流速,求管道中通过的流量。
3.(本小题12分)如图示管路渐变段,已知管轴线与水平面夹角q=30o,渐变段长L=10m,渐变段中水体重量G=2KN,进水管直径d1=0.2m,流速V1=1m/s,形心点相对压强水头p1/g=50m水柱高,出水管直径d2=0.1m,不计水头损失,试求固定段管路所受的作用力Rx和Ry。
水力学1答案:
一、单项选择题(20分)
1.C2.A3.C4.B5.C
6.D7.B8.C9.A10.D
二、填空题(16分)
1.2750m3/s
2.–2.5m
3.0.32m
4.自由出流
5.矩形/或均匀分布
6.0.00784
7.恒定流
8.0.25m
三、作图题
四、计算题
1.(10分)
画出水平方向压强分布图(1分);
画出垂直方向压力体图(1分);
水平方向静水总压力:
Px=ghcA=9.8´
2.5´
1´
1=24.5KN(¬
)(2分)
垂直方向静水总压力:
Pz总静水总压力:
P=2=gV=9.8´
(3´
1-p´
1/4)=21.71KN(
)22(2分)Px+Pz==tg-124.5+21.71=tg-122=32.73KNo(1分)与水平方向的夹角:
qPz
Px21.7124.5=41.5(1分)
距底部B点的垂直距离:
e=Rsinq=1´
sin41.5o=0.663m(2分)
2.(10分)
以管道轴线为基准面,列测压管断面和处口断面的能量方程:
得hf/2=1m(4分)
列水箱和出口断面能量方程得,3所以V=4g/3=3.615m=2+xV2/2g+V2/2g(x=0.5)(5分)
3Q=VA=3.615´
0.1´
p/4=0.0284m/s=28.4l/s(1分)
3.(12分)
23V2=(d1/d2)V1=4m/s,Q=V1A1=0.0314m/s(1分)
以过1-1断面中心的水平面为基准面,写出1-1和2-2断面能量方程:
z1+p1g+a1V12g122=z2+p2g+a2V22gp22取+42a1=a2=1(3分)0+50+19.6=10´
sin30o+g19.6,
2得p2/g
=44.23m水柱,即p2=9.8´
44.23=433.5KN/m(2分)
而p1=9.8´
50=490KN/m2,
取1-1和2-2断面间水体为脱离体,假设管壁对水体的作用力为Rx和Ry,(水流方向
为x轴,与水流方向垂直为y轴)
x方向大的动量方程:
p1A1-p2A2-Gsin300-Rx=rQ(b2V2-b1V1)
o取b1=b2=1
Rx=p1A1-p2A2-Gsin30-rQ(V2-V1)
(4-1)/1000=490´
0.0314-433.5´
0.00785-2´
0.5-1000´
0.0314
=15.93-3.4-1-0.9=10.9KN(3分)
y方向的动量方程:
0Ry-Gcos30=0
Ry=Gcos300=2´
0.866=1.73KN(2分)
水流对管壁的作用力与Rx和Ry大小相等,方向相反。
(1分)
《水力学》练习2及参考答案
一、单项选择题(每小题2分,共计10分)
1、紊流粗糙区的水头损失与流速成(b)
a、一次方关系;
b、二次方关系;
c、1.75~2.0次方关系;
d、不能确定
2、已知液体流动的沿程水头损失系数λ与边壁粗糙度和雷诺数Re都有关,即可以判断
该液体流动属于(c)
a、层流区;
b、紊流光滑区;
c、紊流过渡粗糙区;
d、紊流粗糙区
3、有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=(b)
a、8b、4c、2d、1
4、已知突扩前后有压管道的直径之比d1/d2=1:
2,则突扩前后断面的雷诺数之比为
(a)
a、2b、1c、0.5d、0.25
5、层流断面流速分布规律符合(c)
a、对数分布;
b直线分布;
c、抛物线分布;
d、椭圆分布。
二、填空题(每小题2分,共计8分)
1、恒定流时流线与迹线。
2、实际液体在流动时产生水头损失的边界条件的影响。
3、雷诺试验揭示了液体存在和
来判别液流的流态。
4、在等直径长直管道中,液体的温度不变,当流量逐渐增大,管道增大。
三、判断题(每小题2分,共计16分)
1、根据连续性方程,流速与过流断面面积成正比。
(×
)
2、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。
3、只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流(×
4、均匀流与渐变流一定是恒定流,急变流一定是非恒定流。
5、判别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数Re为2000。
(√)
6、层流一定是均匀流,紊流一定是非均匀流。
7、根据达西公式hf=λlv2
4R2g,层流沿程水头损失与流速平方成正比。
(×
8、紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。
四、问答题(每小题5分,共计10分)
1、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、根据尼古拉兹实验,简单叙述沿程水头损失系数λ在不同流态的变化规律。
通过尼古拉兹实验可以发现:
在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反
比;
在层流到紊流过渡区,λ仅是Re的函数;
在紊流光滑区λ=f1(Re);
过
渡区λ=f2(Re,△/d);
粗糙区λ=f3(△/d),紊流粗糙区又称为阻力平方区。
五、计算题(共5题,计56分)
1、管道直径d=10mm,通过流量Q=20cm3/s,运动粘度ν=0.0101cm2/s。
问管中
水流流态属层流还是紊流?
若将直径改为d=30mm,水温、流量不变,问管中水流属何种
流态?
(8分)
解:
(1)∵运动粘度ν=0.0101cm2/s,而管道截面积A=πd/4,v=Q/A,2
则管道流动的雷诺数:
Re=vd
ν=4Q
πdν=4×
20×
10
3.14×
10×
10-3-6-4×
0.0101×
10=2523f2000(Rek)
∴管道水流为紊流。
(2)∵管道流动的雷诺数Re=vd
πdν,故可知水温、流量不变,管径扩大3)倍后的雷诺数Re=4Q
π(3d)ν=1
3Re=1
3×
2523=841p2000(Rek
∴将直径改为d=30mm,水温、流量不变,管中水流是层流。
2、图示水箱一侧有一向上开口的短管,箱(12分)
(1)以管嘴出口为基准面,对水面1和管嘴出口21
3
2列能量方程,得:
h+0+0=0+0+αν
2g2+ξν2
2g
由h=5m,δ=0.2,α=1得
h=ν22g
2+0.2×
ν22gνν2
2×
9.8+0.2×
9.8=5
ν=9.04m/s
(2)以管嘴出口为基准面,管嘴出口2和水面3列能量方程,得:
0+0+αν
2g2=z+0+0
由ν=9.04m/s,α=1得
z=ν2
2g=9.042
9.8=4.17m
3、已知如图所示的文丘里管流量计,管的直径d1=5cm,d2=2cm,1断面与喉管断面的测压管水头差为Δh=5cm,如果文丘里管流量计流量修正系数μ=0.98,求管路中通过流量Q为多少?
(不计水头损失)(12分)
计算文丘里管常数:
k=πd2
12g
(d1/d2)44—1=3.14×
0.05422×
9.8(0.05/0.02)4—1=0.0014m2.5/s
管路中通过的流量:
Q=μk△h=0.98×
0.0014×
0.05=0.0003m/s3
4、某水平管路的直径d1=7.5cm,管(12分)
取管路1-1断面和管嘴2-2断面为计算断面,
根据连续方程得:
Q=v1
A1=v1×
14πd2
1x3=0.7×
14×
0.0752=0.0031m/s
v2=(d1/d2)×
v1=(0.075/0.02)×
0.7=2.625m/s22
对喷嘴建立x方向的动量方程,β=1得:
pA1–F′=βρQ(v2x–v1x)
F′=pA1–βρQ(v2–v1)=49×
(1/4)×
0.0752-1×
1×
0.0031×
(2.625-0.7)
=0.21KN
水流对喷嘴的水平作用力F与F′大小相等,方向相反。
5、有一浆砌块石的矩形断面渠道,宽b=6m,当Q=14.0m3/s时,渠中均匀水深h=2m,糙率n=0.025,试求500m长渠道中的沿程水头损失
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