《水力学》大作业A

'西南大学网络与继续教育学院课程考试答题卷学号：姓名：层次：专升本类别：网教专业：土木工程2015年12月课程名称【编号】：水力学【0744】A卷解：已知：h=3mh1=6mh2=4.5m,b=2m解析：(1)闸门左侧所受的总压力为h3P=rhdA=r(%--)bh=9810父(6-二)父2父3=264.87kN22左侧压力中心到闸门中心的距离为=hm-hd=Ix题号一一二四五总分评卷人得分（横线以下为答题区）hdA13—bh12(h1--)bh2233,3、12x(6-」)父2M32=0.167m一、上下两块平行圆盘，直径均为d,间隙厚度为6，问隙中液体的动力粘度为一若下盘固定不动，上盘以角速度⑴旋转，求所需力矩M的表达式。（20分）解：已知：d,S,-3。解析：（1）根据牛顿内摩擦定律，可得半径为「处，微元面积为2兀rdr间隙力矩为dM=rdT■，r2二,■=r-、.:.闸门右侧所受的总压力为h3P2=;，h2A=¥（h2—）bh=9810父（4.5--）x2x3=176.58kN22右侧压力中心到闸门中心的距离为r3dr积分上式，得所需力矩M的表达式为.."4M=r2、J-:：d432、e2=hD2-hr2Ix1bh312hr2A(h29bh23312父(4.5--)^2M32=0.25m闸门所受的总压力为P=P1-P2=264.87-176.58=88.29kN总压力的方向指向右侧。（2）为求压力中心的位置，设总压力的作用点距底部。点的距离为a,对。点取矩,得hhPa=P（2⑹-P2（a-e2）则P1（也-3）-P2（q-e2）264.87父（且-0.167）-176.58父（--0.25）一一22=22=1.5mP88.293 三、已知速度场为u=2(x+y)i+(x-y)j+(x-z)k(m/s),求(2,3,1)点的速度和加速度。(20分)1、解：已知Ux=2(x+y),Uy=x-y,Uz=x-z(1)(2.3.1)点的速度为Ux=2(x+y)=10m/s,Uy=x-y=-1m/s,Uz=x-z=1m/su=Ju2+u2+U2=V102+(-1)2+12=10.10m/s(2)(2.3.1)点的加速度为.:Ux；：UxUx.Uyex.:Ux;:UxxUzx-:y:z四、直径为d=700mm勺管道在支承水平面上分支为d2=500mm勺两支管，A—A截面压力为70kN/m2,管道中水的体积流量为Q=0.6m3/s,两支管流量相等。（1）不计压头损失，求支墩受水平推力；（2）压头损失为支管流速压头的5倍，求支墩受水平推力。不考虑螺栓连接的作用。（20分）解：已知：d1=700mmd2=500mmQ=0.6m3/s,pm1=70kN/m2解析：(1)依题意知，11Q。Q2=_Q=_M0.6=0.3m3/s,a=30。22_4Q_40.6二・2：二d13.140.7=1.56m/s,=0+2(x+y)M2+(x-y)M2+0=6x2y=6223=18m/sayUx-：UyUy：Uy-yUz：Uy=0+2(x+y)M1+(x-y/(-1)+0二23y=233=11m/s=0+2(x+y)M1+0+(x-z)父(-1):x2y-z=2231=9m/sa={Ux+u：+u2=%""182+112+92=22.93m/sU2_4Q_40.6"nd2-3.14父0.52=1.53m/s（2）列A-A至B-B及C-C间的伯努利方程Pm1+"2「齿=Pm2+-1PU21223222Pm2=Pm1P(u2-u2)=70M103M(1.562-1.532)=70046N/m2(3)取A-A、B-B和C-C截面间的流体作为控制体，设支墩对水流的水平反推力为Rx,列动量方程，坐标系的方向为u1的方向,pm1A-2Pm2A2cos二-Rx=2PQ2u2cos：-PQu1那么，支墩所受的水平推力为Rx=Pm〔A-2Pm2A28s-：Q(58§-U)1220_、3=一.乂(0.72父70—0.52父70.046Mcos300M2)父103430-100.6(1.53cos30-1.56)=3256.8N(4)假若压头损失为支管流速压头的5倍，则A-A至B-B及C-C间的伯努利方程为Pm1+,PUf=Pm2+-PU2+5X-PU22223 则pm2=pm1+1P(u2-6u2)=70父103+1/10隈(1.562-6M1.532)=64194N/m222(5)取A-A、B-B和C-C截面间的流体作为控制体，设支墩对水流的水平反推力为Rx,列动量方程，坐标系的方向为u1的方向，pm1A1-2pm2A2cos二-Rx=2PQ2u2cos：-;?Qu1那么，支墩所受的水平推力为Rx=pm1A-2pm2Am2cos：-：「Q(u2cos：-u1)1-nM(0.72M70-0.52父64.1941os300父2)父1034-103x0.6x(1.53xcos300-1.56)=5246N五、虹吸管将A池中的水输入B池，已知长度l1=3m,l2=5由直径d=75mm两池水面高差H=2m,最大超高h=1.8m,沿程阻力系数入=0.02,局部阻力系数：进口Ke=0.5,转弯Kb=0.3,出口Ko=1,试求流量及管道最大超高截面C的真空度。(20分)解：已知L1=3n^L2=5m,d=75mrmH=2mh=1.8m,入=0.02,Ke=0.5,(1)列上下游水面间的伯努利方程，基准面取在下游水面上，得：一2H=(-l，K)ud2g2gH■l%d29.812Kb=0350.02-:0.50.310.075=3.16m/s—1O1O,流量为Qd2u->3.140.07523.16=0.014m3/s44(2)列上游水面至C截面的伯努利方程，基准面取在上游水面上，得-1i1-20=Pm+Pgh+(1+，l+Ke+Pud2所以，管道最大超高截面的真空度为-、/L、1〜2Pw=-Pm=Pgh+(1十八二十Ke+KJ二Pud2312.=1000父［9.81^1.8+(1+0.02X+0.5+0.3)父一乂3.16】0.0752__2=30.64kN/m3'