桂工水力学第一至六章习题.doc

'一、名词解释（每题2分）1．连续介质 2．内摩擦定律3．理想液体二、填空题1．牛顿内摩擦定律适用条件是 牛顿流体，层流运动      2．理想液体与实际液体的主要区别是___是否存在液体的拈滞性____________3．实际液体在流动时产生水头损失的内因是液体的粘滞性，外因是边界条件的影响。三、选择题1．流体力学的粘性与流体的D无关。A、分子内聚力B、分子动量变化C、温度D、速度梯度2．与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是C。A、切应力与速度B、切应力与剪切变形C、切应力与剪切变形速度D、切应力与压强3．D是非牛顿流体。A、空气B、水C、汽油D、沥青4．按连续介质概念，流体质点是指D。A、流体的分子B、流体内的固体颗粒C、空间几何点D、由大量分之组成，具有一定体积和质量的微元体四、简答题1．．什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？解：可压缩性是：当外界的压强发生变化时液体的体积也随之发生改变的特性。液体可压缩性一般情况下可以不必考虑，但是当外界压强变化较大，如发生水击现象时必须予以考虑。 第二章水静力学习题一、是非题1．图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点O重合。(×) 2．静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。（√）3．静止水体中,某点的真空压强为50kPa，则该点相对压强为-50kPa。 (√)4．水深相同的静止水面一定是等压面。  (√)5．静水压强的大小与受压面的方位无关。  (√)二、选择题1．静止流体C剪切应力。A、可以承受B、能承受很小C、不能承受D、具有粘性时可以承受2．z+p/r=c表明在静止液体中，所有各点C均相等。A、测压管高度B、位置高度C、测压管水头D、位置水头3．相对压强的起算点是BA、绝对真空B、1个标准大气压C、当地大气压D、液面压强4．斜放置的平板，其形心淹没深度hc与静水压力中心的淹没深度hD的关系为hcBhDA、>B、r1 ，则A、B两测压管中的液面必为  BA、B管高于A管；      B、A管高于B管；      C、AB两管同高。 第6题图第5题图6.盛水容器a和b的测压管水面位置如图(a)、(b)所示，其底部压强分别为Pa和Pb。若两容器内水深相等，则pa和pb的关系为         A                   A、 pa >pb     B、 pa < pb       C、 pa = pb     D、无法确定7．露天水池水深5m处的相对压强为B三、计算题1．如图所示的密闭容器中，液面压强p0＝9.8kPa，A点压强为49kPa，则B点压强为多少,在液面下的深度为多少。A点压强为：pA＝p0＋pB＋ρgh因此：pB＝PA－p0－ρgh=49-9.8-9.8×1＝39.2KPa设点A在液面下y米：pA＝p0＋ρgy所以：y＝（PA-p0）/ρg＝3m2．如图所示，一铅直矩形闸门，已知h1=1m，h2=2m，宽b=1.5m，求总压力及其作用点。方法一：解析法解:总压力大小:总压力作用点得位置: 方法二：图解法由图可知梯形得形心位于:总压力为压强分布图的体积：作用线通过压强分布图的重心：3．挡水弧形闸门宽b=4.0m,弧形为圆柱曲面，圆心角θ＝45°，半径r=2.0m,闸门转轴恰与水面齐平，求作用在闸门上的静水总压力。解题思路4． 有一铅直半圆壁（如图）直径位于液面上，求F值大小及其作用点。解：由式：总压力得大小:得总压力作用点：5.如图：在长方体密闭水箱右侧面中心M处装有一水银测压计，在箱顶有一半球盖AB，侧面正方形边长2m，球半径1m，h=hP=0.5m，求:1)M点的压强;2)半球的静水总压力;3)侧面CD的静水总压力。 绘图题四、绘图题绘出图中的受压曲面AB上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。   第3章水动力学基础习题一、选择题1．D在什么流动中，伯努力方程不成立。A、恒定B、理想流体C、不可压缩D、可压缩2．、应用能量方程时，两断面之间D。A、必须是缓变流B、必须是急变流C、不能出现急变流D、可以出现急变流3．伯努力方程中z+p/r+αv2/2g表示BA、单位质量流体具有的机械能B、单位重量流体具有的机械能C、单位体积流体具有的机械能D、通过过流断面的总机械能二．简答题有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？解：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。三．计算题1．图示为一平板放置在自由射流中，并且垂直于射流的轴线。该平板截去射流流量的一部分Q1，射流的其他部分偏转一角度θ，已知v=30m/s，Q=36l/s，Q1=12L/S，试求（1）略去摩擦力时射流对平板的作用力；（2）射流的偏转角θ。（射流在水平面上进行）解：1）由能量方程易知：2）由连续性方程：3）由动量方程有： 对于y方向：对于x方向：解得：射流对平板的作用力的方向与R的方向相反，大小为456.5N。2如图所示，喷水推进船，从前舱进水，然后用泵及直径为d=15cm的排水管从后舱排向水中。已知船速u1=36km/h，推进力F=2kN。试求水泵的排水量及推进装置的效率。　解:设相对于船艇的排水速度为V2排水量为Q，则由动量方程得：代入已知数据，得:推进装置的输出有效功率为（作用于船体）：由发动机输入到水力推进装置的输入功率为：故推进装置的效率为:3.一水平放置的喷嘴将一水流射至正前方一光滑壁面后，将水流分为两股，如图4-35所示。已知d=40mm，Q=0.0252m3/s，水头损失不计，求水流对光滑壁面的作用力R。解:（1）.取控制面：作用于脱离体上的力有：1）断面1,2,3及脱离体表面上的动水压力P1,P2,P3及P均等于零（作用在大气中）2）重力G，铅垂向下3）楔体对水流的反力R，待求(2).取坐标，列动量方程:(3)令β1=β2=β3=1.0，α1=α2=α3=1。列能量方程 则有:Q2y=Q3yQ2=Q3=Q/2当θ=60°时    R=252Nθ=90°时    R=504Nθ=180°时   R=1008N4.如图所示有一高度为50mm，速度v为18m/s的单宽射流水股，冲击在边长为1.2m的光滑平板上，射流沿平板表面分成两股。已知板与水流方向的夹角为30度,平板末端为铰点.若忽略水流、空气和平板的摩阻，且流动在同一水平面上，(1）流量分配Q1和Q2；（2）设射流冲击点位于平板形心，若平板自重可忽略，A端应施加多大的垂直力P，才能保持平板的平衡；（3）若B点不铰接，平板与水流方向一致以u=8m/s运动时，水流作用在平板上的垂直力的大小。解:（1）选控制体，x,y直角坐标。设平板作用在水股上的力为R（在y方向，无平板反力，忽略摩阻），沿y轴方向写动量方程写0-0,1-1断面的能量方程：又β1=β2=β=1，由连续性方程Q=Q1+Q2Q2=Q－Q1=0.067Q（2）沿x轴方向写动量方程： 水对平板在x方向的冲击力F为8100N，方向与R的方向相反。现对B点取矩：∑MB=0即:∴P=4050N（3）当平板以速度u=8m/s沿水流方向运动时，单位时间水流击在平板上的质量是ρA(v-u)，图示控制体的相对速度v-u：当平板运动时，水流作用在平板上的垂直作用力是2.5kN，作用方向与R相反。5．水平放置的变截面弯管，已知断面1-1的表面压强为P1=98KN/m2，流速V1=4m/s，管径d1=200mm，d2=100mm，转角α=45o，不计能量损失，求作用在弯管上的水流冲击力。已知如图所示的文丘里管，管路中通过流量Q=10l/s，d1=5cm，p1=78.4Pa，如果使断面产生真空压强为6.37kPa，问d2应为多少？（不计水头损失）  6.水平放置的变截面弯管，已知断面1-1的表面压强为P1=98KN/m2，流速V1=4m/s，管径d1=200mm，d2=100mm，转角α=45o，不计能量损失，求作用在弯管上的水流冲击力。7.利用文丘里管的喉道负压抽吸基坑积水，如图所示，已知d1=50mm,d2=100mm,h=2m,设2-2断面p2=pa，试求管中流量至少应多大才能抽出基坑的水（能量损失略去不计）？ 第4章水流阻力与水头损失习题一、选择题1．已知水流的沿程水力摩擦系数l只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于（4）(1)   层流区               (2)   紊流光滑区  (3)   紊流过渡粗糙区           (4)   紊流粗糙区  2.液流的沿程水力摩擦系数与边壁粗糙度和雷诺数都有关，即可判断该液流属（3）(1)   层流区         (2)   紊流光滑区  (3)   紊流过渡粗糙区 (4)   紊流粗糙区  3.雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲数 (3)(1)  急流和缓流 ； (2) 均匀流和非均匀流 (3)  层流和紊流；   (4) 恒定流和非恒定流4.层流断面流速分布规律符合（3）(1)  对数分布                (2) 直线分布  (3)  抛物线分布             (4) 椭圆分布   5.紊流中粘滞底层厚度d比绝对粗糙高度D大得多的壁面称为(1）（1）光滑面   (2)过渡粗糙面  （3）粗糙面（4）以上答案均不对二、计算题1．管道直径d=10mm，通过流量Q=20cm3/s，运动粘度n=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？ 2．已知H=3m，ξ弯=0.25,ξ进=0.5,λ=0.03,且虹吸管管径d=0.3m,管长L=20m。试计算虹吸式管中通过的流量。解:（1）求管道流速。由能量方程：代入数据，解方程得：（2）求流量3．水塔经图示管道系统供水。已知供水流量Q=0.1m3/s ，要求末端自由水头为10m，各段管长L1=L4=100m，L2=50m，L3=200m，各段管道直径d1=d4=200mm(比阻a1=a4=9.029s2/m6),d2=d3=150mm(比阻a2=a3=41.85s2/m6),（不要求修正比阻）试求：(1)各并联管段的流量Q2，Q3；(2)水塔水面高度H。解：(1)Q2+Q3=0.1m3/s得Q3=0.033m3/sQ2=0.067m3/s(2)H===37.45m第五章孔口、管嘴与有压管流习题一、选择题1、作用水头相同时，孔口的过流量要比相同直径的管咀过流量（2）   (1)大 (2)小 (3)相同 (4)无法确定2．长管的总水头线与测压管水头线（1）（1）相重合（2）相平行，呈直线（3）相平行，呈阶梯状（4）以上答案都不对。二、简答题1、孔口管嘴出流实验中，孔口与管嘴直径相同，作用水头相等，安装高度相等。问两股水流从流出到落地时间是否相同？距离是否相等？哪个大？为什么？2、何谓水击现象？产生水击现象的物理本质是什么？试举出工程实际中产生水击现象的例子。3、简述阀门突然关闭时有压管道中水击波传播的四个阶段？4、直接水击与间接水击的概念？它们之间有无本质区别？5、影响水击压强升高值的因素有哪些？减小水击压强值的措施应从那几方面去考虑？6、阀门突然关闭产生直接水击，那么，阀门逐渐关闭是否也可能产生直接水击？为什么？三．计算题 1．测定90°弯管的局部水头损失系数的试验装置如题图所示。已知试验段AB长10m，管径d＝0.05m，弯管曲率半径R＝d，管段沿程水力摩擦系数λ＝0.0264，实测AB两端测压管水头差△h＝0.63cm，100秒钟流入量水箱的水体体积为0.028m3，试求弯管局部水头损失系数。解：按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程                    计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数             将参数代入上式计算，可以求解得到            即倒虹吸管内通过的流量为2.091m3/s。             第六章明渠流习题一、选择题1．溢流坝下泄水流收缩断面水深hc0 的跃后水深为hc02 ，形成远离水跃衔接的条件是                                                               （3）(1)ht =hc02      (2)ht >hc02       (3)ht J(h2)      (3) J(h1)