电大期末测试 最新备考题库 2302 水力学B-形成性考核册-答案.doc

'水力学作业B(第1、2章)一、作图题（每小题5分，共计10分）1.试绘制图中AB面上的静水压强分布图2.试绘制图中曲面ABC上的水平方向静水压强分布图及压力体图pgh1pg(h1+h2)pg(h1+h2+h3)pg(h1+h2)pg(R1+R2)题5–1题5-2二、计算题（共4题，计50分）1.如图所示，平板在水面上作水平运动，速度为v=10cm/s，平板与下部固定底板的距离为δ=1mm，平板带动水流运动速度呈直线分布，水温为20C，试求：作用平板单位面积上的摩擦力。（12分）解:因为水流运动速度呈直线分布，则流速梯度为常数，即：du/dy=0.1/0.001=100查表1-1，温度为20℃时水的动力粘滞系数为：μ=1.002×10-3N·s/m2根据牛顿内摩擦定律，平板单位面积上的摩擦力为：τ=μ×（du/dy）=1.002×10-3×100=0.1002NCDECDE2.图示为复式比压计，各点的高度如图所示，已知油的密度为ρ油=800kg/m3，水银的密度为水的密度13.6倍，求A，B两点的压强差。（12分）14 解:图中等压面为C-C，D-D，E-E。计算如下：PC=PA+ρ水g×0.5PD=PC–ρ汞g×0.2PE=PD+ρ油g×0.3PB=PE–ρ水g×0.6–ρ汞g×0.4PB=PA+ρ水g×0.5–ρ汞g×0.2+ρ油g×0.3–ρ水g×0.6–ρ汞g×0.4PA–PB=ρ水g×0.1+ρ汞g×0.6–ρ油g×0.3=1×9.8×0.1+13.6×1×9.8×0.6–0.8×9.8×0.3=78.596KN/m23.如图所示矩形挡水闸AB，已知水深h=3m，板的宽b＝2.5m，求作用在矩形平板AB上的静水总压力大小以及作用点处的水深。（12分）解:依题意作用在闸门AB上的静水总压力FP应为：Fp=pcA=ρghcA=pg(h/2)×hb=1/2×pgh2b=1/2×1×9.8×32×2.5=110.25KN静水总压力Fp的作用点为：即总压力的作用点位于水面下2米处。4.图示为溢流坝上的弧型闸门。已知R=6m，弧门宽B=5m，α=60°，试求：（1）作用在弧型闸门上的静水总压力。（10分）（2）静水总压力作用点hD的位置。（4分）14 解：（1）计算水平分力：计算垂直分力：垂直分力等于压力体eabB的水重。长方形abce面积=ae×ec=4×(6-6×cos60o)=12m2扇形eoB的面积=(60/360)×π×R2=(1/6)×3.14×62=18.84m2三角形coB的面积=(1/2)×Bc×co=(1/2)×6sin60o×6cos60o=7.79m2压力体eabB的体积=（12+18.84-7.79）×5=115.25m3所以，垂直分力Fpz=pgv=1×9.8×115.25=1129.5KN（反向向上）闸门上的静水总压力（2）Fp和水平线的夹角为β，∴β=33.90o因为曲面是圆柱面的一部分，各点压强都垂直于圆柱面，且同通过圆心O点，所以总压力Fp的作用线必通过O点，Fp的作用点距水平面的距离：hD=4+Rsinβ=4+6sin33.90o=7.35m电大天堂【水力学（B）】形考作业二：(第3、4章)一、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。答：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。二、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/s14 。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=πd2/4，=Q/A，则管道流动的雷诺数：∴管道水流为紊流。（2）∵管道流动的雷诺数，故可知水温、流量不变，管径扩大3倍后的雷诺数∴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，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5m，管嘴局部水头损失系数ζ=0.2，取动能校正系数α=1。求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。（12分）321解：（1）以管嘴出口为基准面，对水面1和管嘴出口2列能量方程，得：由h=5m，ζ=0.2，α=1得=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：14 由=9.04m/s，α=1得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）解：计算文丘里管常数：管路中通过的流量：4、某水平管路的直径d1=7.5cm，管内流速v1=0.70m/s，管路末端接一渐缩喷嘴通入大气（如图）。喷嘴出口直径d2=2.0cm，用压力表测得管路与喷嘴接头处压强p=49kN/m2，求水流对喷嘴的水平作用力F（取动量校正系数为1）　　　　（12分）x解：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：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)×3.14×0.0752-1×1×0.0031×(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，14 糙率n=0.025，试求500m长渠道中的沿程水头损失。（12分）解：计算渠道断面水力要素：过流断面面积A=bh=6×2=12m2湿周χ=b+2h=6+2×2=10m水力半径根据舍齐公式，沿程水头损失：电大天堂【水力学（B）】形考作业三：(第5、6、7章)四、问答题（每小题4分，共计8分）1、简述明渠均匀流的特征。书本P148面2、判别明渠水流的流态有哪几种方法？答：有四种方法：（1）用弗德德数判别（2）用微波波速判别（3）用临界水深判别（4）用临界流速判别五、作图题（共2题，计8分）1、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。测压管水头线总水头线v0=014 2、定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线，并注明曲线名称及流态。(各渠段均充分长，各段糙率相同)NnNnN1nN1nN2nN2nN3nN3n(a)(b)一、计算题（共6题，计58分）1、图示用直径d=0.4m的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌溉渠道引水，河道水位为120m，灌溉渠道水位118m，虹吸管各段长度为l1=10m，l2=5m，l3=12m，虹吸管进口安装无底阀的滤网（ζ=2.5）,管道有两个60o的折角弯管（ζ=0.55）。（12分）B求：（1）通过虹吸管的流量。B（2）当虹吸管内最大允许真空值hv=7.0m时，虹吸管的最大安装高度。解：（1）虹吸管的出口淹没在水面以下，当不计行近流速时，可按照淹没出流公式来计算流量。先计算管道流量系数：虹吸管的流量：（2）虹吸管的最大真空发生在管道的最高位置。即B—14 B断面。以上游河面为基准面，对断面0—0和断面B—B建立能量方程：其中，，v=Q/A=0.35/(3.14×0.22)=2.79m/s，取α=1.0，v0≈0，代入得则：式中是断面B—B的真空值，它满足故虹吸管的最大安装高度：2、底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量为Q=1.5m3/s，已知渠中的水深h=0.4m，则判断该处水流的流态。（7分）解：求临界水深hk：q=Q/b=1.5/1.5m3(s·m)=1m3(s·m)用临界水深判别：hohk，所以下游水流是缓流。根据能量方程，以渠道底为基准面，对断面1–1和t–t建立能量方程。忽略行进水头，则=0，取，不计水头损失。求得H=1.6m.（2）判别水跃发生的位置先求收缩断面水深hc的共轭水深hc’’因为ht