流體力學(xué)的劉鶴年第3版答案及解析李忠芳

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1、 ...wd... 《流體力學(xué)第3版全章節(jié)答案 劉鶴年》 第一章 選擇題〔單項(xiàng)選擇題〕 1.1 按連續(xù)介質(zhì)的概念，流體質(zhì)點(diǎn)是指：〔d〕 〔a〕流體的分子；〔b〕流體內(nèi)的固體顆粒；〔c〕幾何的點(diǎn)；〔d〕幾何尺寸同流動(dòng)空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體。 1.2 作用于流體的質(zhì)量力包括：〔c〕 〔a〕壓力；〔b〕摩擦阻力；〔c〕重力；〔d〕外表張力。 1.3 單位質(zhì)量力的國(guó)際單位是：〔d〕 〔a〕N；〔b〕Pa；〔c〕；〔d〕。 1.4 與牛頓內(nèi)摩擦定律直接有關(guān)的

2、因素是：〔b〕 〔a〕剪應(yīng)力和壓強(qiáng)；〔b〕剪應(yīng)力和剪應(yīng)變率；〔c〕剪應(yīng)力和剪應(yīng)變；〔d〕剪應(yīng)力和流速。 1.5 水的動(dòng)力黏度μ隨溫度的升高：〔b〕 〔a〕增大；〔b〕減?。弧瞔〕不變；〔d〕不定。 1.6 流體運(yùn)動(dòng)黏度的國(guó)際單位是：〔a〕 〔a〕；〔b〕；〔c〕；〔d〕。 1.7 無(wú)黏性流體的特征是：〔c〕 〔a〕黏度是常數(shù)；〔b〕不可壓縮；〔c〕無(wú)黏性；〔d〕符合。 1.8 當(dāng)水的壓強(qiáng)增加1個(gè)大氣壓時(shí)，水的密度增大約為：〔a〕 〔a〕1/20000；〔b〕1/10000；〔c〕1/4000；〔d〕1/2000。 1.9 水的密度為1000，2L水的質(zhì)量和重量是多少 解：

3、〔kg〕 〔N〕 答：2L水的質(zhì)量是2kg，重量是19.614N。 1.10 體積為0.5的油料，重量為4410N，試求該油料的密度是多少 解：〔kg/m3〕 答：該油料的密度是899.358kg/m3。 1.11 某液體的動(dòng)力黏度為0.005，其密度為850，試求其運(yùn)動(dòng)黏度。 解：〔m2/s〕 答：其運(yùn)動(dòng)黏度為m2/s。 1.12 有一底面積為60cm×40cm的平板，質(zhì)量為5Kg，沿一與水平面成20°角的斜面下滑，平面與斜面之間的油層厚度為0.6mm，假設(shè)下滑速度0.84，求油的動(dòng)力黏度。 解：平板受力如圖。 沿軸投影，有： ∴〔〕 答：油的動(dòng)力黏度。 1.13

4、 為了進(jìn)展絕緣處理，將導(dǎo)線從充滿(mǎn)絕緣涂料的模具中間拉過(guò)。導(dǎo)線直徑為0.8mm；涂料的黏度=0.02，模具的直徑為0.9mm，長(zhǎng)度為20mm，導(dǎo)線的牽拉速度為50，試求所需牽拉力。 解：〔kN/m2〕 〔N〕 答：所需牽拉力為N。 1.14 一圓錐體繞其中心軸作等角速度旋轉(zhuǎn)=16，錐體與固定壁面間的距離=1mm，用=0.1的潤(rùn)滑油充滿(mǎn)間隙，錐底半徑R=0.3m，高H=0.5m。求作用于圓錐體的阻力矩。 解：選擇坐標(biāo)如圖，在處半徑為的微元力矩為。 其中 ∴ 〔〕 答：作用于圓錐體的阻力矩為。 1.15 活塞加壓，缸體內(nèi)液體的壓強(qiáng)為0.1Mpa時(shí)，體積為1000，壓強(qiáng)為10Mpa

5、時(shí)，體積為995，試求液體的體積彈性模量。 解：〔Mpa〕 〔m3〕 〔pa〕 答：液體的體積彈性模量pa。 1.16 圖示為壓力表校正器，器內(nèi)充滿(mǎn)壓縮系數(shù)為=4.75×10-10的液壓油，由手輪絲杠推進(jìn)活塞加壓，活塞直徑為1cm，絲杠螺距為2mm，加壓前油的體積為200mL，為使油壓到達(dá)20Mpa，手輪要搖多少轉(zhuǎn) 解：∵ ∴〔m3〕 設(shè)手輪搖動(dòng)圈數(shù)為，則有 圈 即要搖動(dòng)12圈以上。 答：手輪要搖12轉(zhuǎn)以上。 1.17 圖示為一水暖系統(tǒng)，為了防止水溫升高時(shí)，體積膨脹將水管脹裂，在系統(tǒng)頂部設(shè)一膨脹水箱。假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)水的總體積為8，加溫前后溫差為50℃，在其溫度范圍內(nèi)水的膨脹

6、系數(shù)=0.00051/℃。求膨脹水箱的最小容積。 解：∵ ∴〔m3〕 答：膨脹水箱的最小容積m3。 1.18 鋼貯罐內(nèi)裝滿(mǎn)10℃的水，密封加熱到75℃，在加熱增壓的溫度和壓強(qiáng)范圍內(nèi)，水的熱膨脹系數(shù)=4.1×10-4/℃，體積彈性模量=2×109，罐體穩(wěn)固，假設(shè)容積不變，試估算加熱后罐壁承受的壓強(qiáng)。 解：∵ ∴自由膨脹下有： 又∵ ∴〔Mpa〕 加熱后，鋼罐內(nèi)的壓強(qiáng)為Mpa。設(shè)〔表壓強(qiáng)〕。 答：加熱后罐壁承受的壓強(qiáng)是Mpa。 1.19 汽車(chē)上路時(shí)，輪胎內(nèi)空氣的溫度為20℃，絕對(duì)壓強(qiáng)為395kPa，行駛后輪胎內(nèi)空氣的的溫度上升到50℃，試求這時(shí)的壓強(qiáng)。 解：設(shè)滿(mǎn)足理想氣體方

7、程，則有： 假設(shè)，可解得〔kPa〕 答：這時(shí)的壓強(qiáng)為kPa。 第二章習(xí)題答案 選擇題〔單項(xiàng)選擇題〕 2.1 靜止流體中存在：〔a〕 〔a〕壓應(yīng)力；〔b〕壓應(yīng)力和拉應(yīng)力；〔c〕壓應(yīng)力和剪應(yīng)力；〔d〕壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。 2.2 相對(duì)壓強(qiáng)的起算基準(zhǔn)是：〔c〕 〔a〕絕對(duì)真空；〔b〕1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；〔c〕當(dāng)?shù)卮髿鈮?；〔d〕液面壓強(qiáng)。 2.3 金屬壓力表的讀值是：〔b〕 〔a〕絕對(duì)壓強(qiáng)；〔b〕相對(duì)壓強(qiáng)；〔c〕絕對(duì)壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮?；〔d〕相對(duì)壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮骸? 2.4 某點(diǎn)的真空度為65000Pa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.1MPa,該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為：〔c〕 〔a〕65000Pa；〔b

8、〕55000Pa；〔c〕35000Pa；〔d〕165000Pa。 2.5 絕對(duì)壓強(qiáng)與相對(duì)壓強(qiáng)、真空度、當(dāng)?shù)卮髿鈮褐g的關(guān)系是：〔c〕 （a） =+；〔b〕=+；〔c〕=-；〔d〕=+。 2.6 在密閉容器上裝有U形水銀測(cè)壓計(jì)，其中1、2、3點(diǎn)位于同一水平面上，其壓強(qiáng)關(guān)系為：〔c〕 〔a〕>>；〔b〕==；〔c〕<<；〔d〕<<。 2.7 用U形水銀壓差計(jì)測(cè)量水管內(nèi)A、B兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差，水銀面高差hp=10cm,-為：〔b〕 〔a〕13.33kPa；〔b〕12.35kPa；〔c〕9.8kPa；〔d〕6.4kPa。 2.8 露天水池，水深5 m處的相對(duì)壓強(qiáng)為：〔b〕 〔a〕5kPa；

9、〔b〕49kPa；〔c〕147kPa；〔d〕205kPa。 2.9 垂直放置的矩形平板擋水，水深3m，靜水總壓力P的作用點(diǎn)到水面的距離為：〔c〕 〔a〕1.25m；〔b〕1.5m；〔c〕2m；〔d〕2.5m。 2.10 圓形水桶，頂部及底部用環(huán)箍緊，桶內(nèi)盛滿(mǎn)液體，頂箍與底箍所受張力之比為：〔a〕 〔a〕1/2；〔b〕1.0；〔c〕2；〔d〕3。 2.11 在液體中潛體所受浮力的大?。骸瞓〕 （a） 與潛體的密度成正比；〔b〕與液體的密度成正比；〔c〕與潛體淹沒(méi)的深度成正比；〔d〕與液體外表的壓強(qiáng)成反比。 2.12 正常成人的血壓是收縮壓100~120mmHg，舒張壓60~90mm

10、Hg，用國(guó)際單位制表示是多少Pa? 解：∵mmPa ∴收縮壓：mmHgkPakPa 舒張壓：mmHgkPakPa 答：用國(guó)際單位制表示收縮壓：mmHgkPakPa；舒張壓：mmHgkPakPa。 2.13 密閉容器，測(cè)壓管液面高于容器內(nèi)液面=1.8m，液體的密度為850kg/m3，求液面壓強(qiáng)。 解： 相對(duì)壓強(qiáng)為：kPa。 絕對(duì)壓強(qiáng)為：kPa。 答：液面相對(duì)壓強(qiáng)為kPa，絕對(duì)壓強(qiáng)為kPa。 2.14 密閉容器，壓力表的示值為4900N/m2，壓力表中心比A點(diǎn)高0.4m，A點(diǎn)在水下1.5m，，求水面壓強(qiáng)。 解： 〔kPa〕 相對(duì)壓強(qiáng)為：kPa。 絕對(duì)壓強(qiáng)為：kPa。

11、答：水面相對(duì)壓強(qiáng)為kPa，絕對(duì)壓強(qiáng)為kPa。 2.15 水箱形狀如以以下圖，底部有4個(gè)支座，試求水箱底面上總壓力和4個(gè)支座的支座反力，并討論總壓力和支座反力不相等的原因。 解：〔1〕總壓力：〔kN〕 （2） 支反力： kN 不同之原因：總壓力位底面水壓力與面積的乘積，為壓力體。而支座反力與水體重量及箱體重力相平衡，而水體重量為水的實(shí)際體積。 答：水箱底面上總壓力是kN，4個(gè)支座的支座反力是kN。 2.16 盛滿(mǎn)水的容器，頂口裝有活塞，直徑=0.4m，容器底的直徑=1.0m，高=1.8m，如活塞上加力2520N〔包括活塞自重〕，求容器底的壓強(qiáng)和總壓力。 解：〔1〕容器底的壓強(qiáng)：

12、 〔kPa〕〔相對(duì)壓強(qiáng)〕 （2） 容器底的總壓力： 〔kN〕 答：容器底的壓強(qiáng)為kPa，總壓力為kN。 2.17 用多管水銀測(cè)壓計(jì)測(cè)壓，圖中標(biāo)高的單位為m，試求水面的壓強(qiáng)。 解： 〔kPa〕 答：水面的壓強(qiáng)kPa。 2.18 盛有水的密閉容器，水面壓強(qiáng)為，當(dāng)容器自由下落時(shí)，求水中壓強(qiáng)分部規(guī)律。 解：選擇坐標(biāo)系，軸鉛垂朝上。 由歐拉運(yùn)動(dòng)方程： 其中 ∴， 即水中壓強(qiáng)分布 答：水中壓強(qiáng)分部規(guī)律為。 2.19 圓柱形容器的半徑=15cm，高=50cm，盛水深=30cm，假設(shè)容器以等角速度繞軸旋轉(zhuǎn)，試求最大為多少時(shí)不致使水沉著器中溢出。 解：建設(shè)隨圓柱容器一起轉(zhuǎn)動(dòng)的坐標(biāo)

13、系，點(diǎn)在水面最低點(diǎn)。 則有： 即有： 其中：；； 故有： 當(dāng)在自由面時(shí)，，∴自由面滿(mǎn)足 ∴ 上式說(shuō)明，對(duì)任意點(diǎn)的壓強(qiáng)，依然等于自由面壓強(qiáng)。 ∴等壓面為旋轉(zhuǎn)、相互平行的拋物面。 答：最大為18.67rad/s時(shí)不致使水沉著器中溢出。 2.20 裝滿(mǎn)油的圓柱形容器，直徑=80cm，油的密度=801，頂蓋中心點(diǎn)裝有真空表，表的讀值為4900Pa，試求：〔1〕容器靜止時(shí)，作用于頂蓋上總壓力的大小和方向；〔2〕容器以角速度=20旋轉(zhuǎn)時(shí)，真空表的讀值不變，作用于頂蓋上總壓力的大小和方向。 解：〔1〕∵kPa ∴相對(duì)壓強(qiáng)kPa 〔kN〕 負(fù)號(hào)說(shuō)明頂蓋所受作用力指向下。 〔2〕當(dāng)

14、r/s時(shí)，壓強(qiáng)分布滿(mǎn)足 坐頂中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，∴時(shí)，kPa 〔kN〕 總壓力指向上方。 答：〔1〕容器靜止時(shí)，作用于頂蓋上總壓力的大小為kN，方向向下；〔2〕容器以角速度=20旋轉(zhuǎn)時(shí)，真空表的讀值不變，作用于頂蓋上總壓力為kN，方向指向上方。 2.21 繪制題圖中面上的壓強(qiáng)分布圖。 解： 2.22 河水深=12m，沉箱高=1.8m，試求：〔1〕使河床處不漏水，向工作室送壓縮空氣的壓強(qiáng)是多少〔2〕畫(huà)出垂直壁上的壓強(qiáng)分布圖。 解：〔1〕當(dāng)A室內(nèi)C處的壓強(qiáng)大于等于水壓時(shí)，不會(huì)發(fā)生漏水現(xiàn)象。 ∴kPa 〔2〕BC壓強(qiáng)分布圖為： 答：使河床處不漏水，向工作室送壓縮空氣的壓強(qiáng)是kPa。

15、 2.23 輸水管道試壓時(shí)，壓力表的讀值為8.5at，管道直徑=1m，試求作用在管端法蘭堵頭上的靜水總壓力。 解：〔kN〕 答：作用在管端法蘭堵頭上的靜水總壓力為kN。 2.24 矩形平板閘門(mén)，一側(cè)擋水，長(zhǎng)=2m，寬=1m，形心點(diǎn)水深=2m，傾角=，閘門(mén)上緣處設(shè)有轉(zhuǎn)軸，忽略閘門(mén)自重及門(mén)軸摩擦力，試求開(kāi)啟閘門(mén)所需拉力。 解：〔1〕解析法。 〔kN〕 〔m〕 對(duì)A點(diǎn)取矩，當(dāng)開(kāi)啟閘門(mén)時(shí)，拉力滿(mǎn)足： 〔kN〕 當(dāng)kN時(shí)，可以開(kāi)啟閘門(mén)。 〔2〕圖解法。 壓強(qiáng)分布如以以下圖： 〔kPa〕 〔kPa〕 〔kN〕 對(duì)A點(diǎn)取矩，有 ∴ 〔kN〕 答：開(kāi)啟閘門(mén)所需拉力kN。

16、 2.25 矩形閘門(mén)高=3m，寬=2m，上游水深=6m，下游水深=4.5m，試求：〔1〕作用在閘門(mén)上的靜水總壓力；〔2〕壓力中心的位置。 解：〔1〕圖解法。 壓強(qiáng)分布如以以下圖： ∵ 〔kPa〕 〔kN〕 合力作用位置：在閘門(mén)的幾何中心，即距地面處。 〔2〕解析法。 〔kN〕 〔m〕 〔kN〕 〔m〕 合力：〔kN〕 合力作用位置〔對(duì)閘門(mén)與渠底接觸點(diǎn)取矩〕： 〔m〕 答：〔1〕作用在閘門(mén)上的靜水總壓力kN；〔2〕壓力中心的位置在閘門(mén)的幾何中心，即距地面處。 2.26 矩形平板閘門(mén)一側(cè)擋水，門(mén)高=1m，寬=0.8m，要求擋水深超過(guò)2m時(shí)，閘門(mén)即可自動(dòng)開(kāi)啟，試求轉(zhuǎn)軸

17、應(yīng)設(shè)的位置。 解：當(dāng)擋水深到達(dá)時(shí)，水壓力作用位置應(yīng)作用在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)水深大于時(shí)，水壓力作用位置應(yīng)作用于轉(zhuǎn)軸上，使閘門(mén)開(kāi)啟。 〔kPa〕 〔m〕 ∴轉(zhuǎn)軸位置距渠底的距離為：〔m〕 可行性判定：當(dāng)增大時(shí)增大，則減小，即壓力作用位置距閘門(mén)形越近，即作用力距渠底的距離將大于米。 答：轉(zhuǎn)軸應(yīng)設(shè)的位置m。 2.27 折板一側(cè)擋水，板寬=1m，高度==2m，傾角=，試求作用在折板上的靜水總壓力。 解：水平分力： 〔kN〕〔→〕 豎直分力： 〔kN〕〔↓〕 〔kN〕 ， 答：作用在折板上的靜水總壓力kN。 2.28 金屬矩形平板閘門(mén)，門(mén)高=3m，寬=1m，由兩根工字鋼橫梁支撐，擋水

18、面與閘門(mén)頂邊齊平，如要求兩橫梁所受的力相等，兩橫梁的位置、應(yīng)為多少 解：靜水總壓力： 〔kN〕 總壓力作用位置：距渠底〔m〕 對(duì)總壓力作用點(diǎn)取矩，∵ ∴， 設(shè)水壓力合力為，對(duì)應(yīng)的水深為； ∴〔m〕 ∴〔m〕 〔m〕 答：兩橫梁的位置m、m。 2.29 一弧形閘門(mén)，寬2m，圓心角=，半徑=3m，閘門(mén)轉(zhuǎn)軸與水平齊平，試求作用在閘門(mén)上的靜水總壓力的大小和方向。 解：〔1〕水平壓力： 〔kN〕〔→〕 〔2〕垂向壓力： 〔kN〕〔↑〕 合力： 〔kN〕 答：作用在閘門(mén)上的靜水總壓力kN，。 2.30 擋水建筑物一側(cè)擋水，該建筑物為二向曲面〔柱面〕，=，為常數(shù)，試求單

19、位寬度曲面上靜水總壓力的水平分力和鉛垂分力。 解：〔1〕水平壓力：〔→〕 〔2〕鉛垂分力： 〔↓〕 答：?jiǎn)挝粚挾惹嫔响o水總壓力的水平分力，鉛垂分力。 2.31 半徑為，具有鉛垂軸的半球殼內(nèi)盛滿(mǎn)液體，求作用在被兩個(gè)互相正交的垂直平面切出的1/4球面上的總壓力和作用點(diǎn)的位置。 解：〔1〕〔→〕 形心坐標(biāo) 〔2〕同理，可求得〔↙〕 〔3〕 〔↓〕 在平行平面的合力為，在與軸成鉛垂面內(nèi)， ∴D點(diǎn)的位置為： 答：作用在被兩個(gè)互相正交的垂直平面切出的1/4球面上的總壓力，作用點(diǎn)的位置，。 2.32 在水箱的豎直壁面上，裝置一均勻的圓柱體，該圓柱體可無(wú)摩擦地繞水平軸旋轉(zhuǎn)，其左半

20、部淹沒(méi)在水下，試問(wèn)圓柱體能否在上浮力作用下繞水平軸旋轉(zhuǎn)，并加以論證。 答：不能。因總水壓力作用線通過(guò)轉(zhuǎn)軸，對(duì)圓柱之矩恒為零。 證明：設(shè)轉(zhuǎn)軸處水深為，圓柱半徑為，圓柱長(zhǎng)為。 則有〔→〕 ，到轉(zhuǎn)軸的作用距離為。 即 〔↑〕 到軸的作用距離為 兩力對(duì)軸的矩為： 2.33 密閉盛水容器，水深=60cm，=100cm，水銀測(cè)壓計(jì)讀值=25cm，試求半徑=0.5m的半球形蓋所受總壓力的水平分力和鉛垂分力。 解：〔1〕確定水面壓強(qiáng)。 〔kPa〕 〔2〕計(jì)算水平分量。 〔kN〕 〔3〕計(jì)算鉛垂分力。 〔kN〕 答：半球形蓋所受總壓力的水平分力為kN，鉛垂分力為kN。 2.34

21、 球形密閉容器內(nèi)部充滿(mǎn)水，測(cè)壓管水面標(biāo)高=8.5m，球外自由水面標(biāo)高=3.5m，球直徑=2m，球壁重量不計(jì)，試求：〔1〕作用于半球連接螺栓上的總壓力；〔2〕作用于垂直柱上的水平力和豎向力。 解：〔1〕取上半球?yàn)檠芯繉?duì)象，受力如以以下圖。 ∵ 〔kN〕 ∴〔kN〕 〔2〕取下半球?yàn)檠芯繉?duì)象，受力如圖。 ∵〔kN〕 答：〔1〕作用于半球連接螺栓上的總壓力為kN；〔2〕作用于垂直柱上的水平力和豎向力。 2.35 極地附近的海面上露出冰山的一角，冰山的密度為920，海水的密度為1025，試求露出海面的冰山體積與海面下的體積之比。 解：設(shè)冰山的露出體積為，在水上體積為。 則有 ∴

22、 答：露出海面的冰山體積與海面下的體積之比為。 第三章習(xí)題答案 選擇題〔單項(xiàng)選擇題〕 3.1 用歐拉法表示流體質(zhì)點(diǎn)的加速度等于：〔d〕 〔a〕；〔b〕；〔c〕；〔d〕+。 3.2 恒定流是：〔b〕 〔a〕流動(dòng)隨時(shí)間按一定規(guī)律變化；〔b〕各空間點(diǎn)上的流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化；〔c〕各過(guò)流斷面的速度分布一樣；〔d〕遷移加速度為零。 3.3 一維流動(dòng)限于：〔c〕 〔a〕流線是直線；〔b〕速度分布按直線變化；〔c〕流動(dòng)參數(shù)是一個(gè)空間坐標(biāo)和時(shí)間變量的函數(shù)；〔d〕流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動(dòng)。 3.4 均勻流是：〔b〕 〔a〕當(dāng)?shù)丶铀俣葹榱?；〔b〕遷移加速度為零；〔c〕向心加速度為零；〔d〕

23、合加速度為零。 3.5 無(wú)旋流動(dòng)限于：〔c〕 〔a〕流線是直線的流動(dòng)；〔b〕跡線是直線的流動(dòng)；〔c〕微團(tuán)無(wú)旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)；〔d〕恒定流動(dòng)。 3.6 變直徑管，直徑=320mm,=160mm,流速=1.5m/s。為：〔c〕 〔a〕3m/s；〔b〕4m/s；〔c〕6m/s；〔d〕9m/s。 3.7速度場(chǎng)=2+2+2，=-+，=+-。試求點(diǎn)〔2，2，1〕在=3時(shí)的加速度。 解： 〔m/s2〕 〔m/s2〕 〔m/s2〕 〔m/s2〕 答：點(diǎn)〔2，2，1〕在=3時(shí)的加速度m/s2。 3.8速度場(chǎng)=，=–，=。試求：〔1〕點(diǎn)〔1，2，3〕的加速度；〔2〕是幾維流動(dòng)；〔3〕是恒定流還是

24、非恒定流；〔4〕是均勻流還是非均勻流。 解：〔1〕 〔m/s2〕 〔m/s2〕 〔m/s2〕 〔m/s2〕 〔2〕二維運(yùn)動(dòng)，空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)僅與、坐標(biāo)有關(guān)； 〔3〕為恒定流動(dòng)，運(yùn)動(dòng)要素與無(wú)關(guān)； 〔4〕非均勻流動(dòng)，速度的位變導(dǎo)數(shù)不為0。 3.9管道收縮段長(zhǎng)2=60cm，直徑=20cm，=10cm，通過(guò)流量=0.2，現(xiàn)逐漸關(guān)閉調(diào)節(jié)閥門(mén)，使流量成線性減小，在20s內(nèi)流量減為零，試求在關(guān)閉閥門(mén)的第10s時(shí)，管軸線上點(diǎn)的加速度〔假設(shè)斷面上速度均勻分布〕。 解：解法一 流量函數(shù)： 直徑函數(shù)： ∴流速方程： 加速度： 對(duì)A點(diǎn)： 〔m〕 〔m3/s〕 代入得：〔m/s2〕 答

25、：在關(guān)閉閥門(mén)的第10s時(shí)，管軸線上點(diǎn)的加速度為m/s2。 3.10平面流動(dòng)的速度場(chǎng)為=，=,、為常數(shù)，試求流線方程并畫(huà)出假設(shè)干條上半平面〔>0〕的流線。 解：∵ ∴ 或 為線性方程 答：流線方程為。 3.11平面流動(dòng)的速度場(chǎng)為=–，=，其中為常數(shù)。試求流線方程并畫(huà)出假設(shè)干條流線。 解： ∵ ∴ 為圓心在的圓族。 答：流線方程為，為圓心在的圓族。 3.12平面流動(dòng)的速度場(chǎng)為=。求=1時(shí)的流線方程，并畫(huà)出1≤≤4區(qū)間穿過(guò)軸的4條流線圖形。 解： 當(dāng)秒時(shí)， ∴ 過(guò)的流線為： 過(guò)的流線為： 過(guò)的流線為： 過(guò)的流線為： 答：=1時(shí)的流線方程為。 3.

26、13不可壓縮流體，下面的運(yùn)動(dòng)能否出現(xiàn)〔是否滿(mǎn)足連續(xù)性條件〕 〔1〕=2；= 〔2〕=； = 〔3〕=；=；= 解：〔1〕∵ ∴不能出現(xiàn)。 〔2〕∵ ∴能出現(xiàn)。 〔3〕∵ ∴不能出現(xiàn)。 3.14不可壓縮流體平面流動(dòng)，在方向的速度分量為=-2+2。試求速度在方向的分量。 解：∵ ∴ ∴ 答：速度在方向的分量。 3.15在送風(fēng)道的壁上有一面積為0.4的風(fēng)口，試求風(fēng)口出流的平均速度。 解： ∵ 其中：m3/s，m3/s ∴〔m3/s〕 ∴〔m/s〕 答：風(fēng)口出流的平均速度m/s。 3.16求兩平行平板間，流體的單寬流量，速度分布為=。式中=0為中心線，

27、=為平板所在位置，為常數(shù)?！矄螌?，寬度為1.0米〕 解：?jiǎn)螌捔髁繛椋? 答：兩平行平板間，流體的單寬流量為。 3.17以下兩個(gè)流動(dòng)，哪個(gè)有旋哪個(gè)無(wú)旋哪個(gè)有角變形哪個(gè)無(wú)角變形 〔1〕=–，=；=0 〔2〕=–，=，=0 式中、是常數(shù)。 解：〔1〕有旋。 無(wú)角變形。 〔2〕 無(wú)旋〔不包括奇點(diǎn)〕。 存在角變形運(yùn)動(dòng)。 3.18有旋流動(dòng)的速度場(chǎng)=2+3，=2+3，=2+3。試求旋轉(zhuǎn)角速度和角變形速度。 解： 答：旋轉(zhuǎn)角速度，角變形速度。 第四章習(xí)題答案 選擇題〔單項(xiàng)選擇題〕 4.1等直徑水管，A-A為過(guò)流斷面，B-B為水平面，1、2、3、4為面上各點(diǎn)，各點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)有以下

28、關(guān)系：〔c〕 （a） =；〔b〕=；〔c〕+=+；〔d〕+=+。 4.2伯努利方程中++表示：〔a〕 〔a〕單位重量流體具有的機(jī)械能；〔b〕單位質(zhì)量流體具有的機(jī)械能；〔c〕單位體積流體具有的機(jī)械能；〔d〕通過(guò)過(guò)流斷面流體的總機(jī)械能。 4.3水平放置的漸擴(kuò)管，如忽略水頭損失，斷面形心點(diǎn)的壓強(qiáng)，有以下關(guān)系：〔c〕 〔a〕>；〔b〕=；〔c〕<；〔d〕不定。 4.4黏性流體總水頭線沿程的變化是：〔a〕 （a） 沿程下降；〔b〕沿程上升；〔c〕保持水平；〔d〕前三種情況都有可能。 4.5黏性流體測(cè)壓管水頭線的沿程變化是：〔d〕 〔a〕沿程下降；〔b〕沿程上升；〔c〕保持水平；〔d〕前

29、三種情況都有可能。 4.6平面流動(dòng)具有流函數(shù)的條件是：〔d〕 〔a〕無(wú)黏性流體；〔b〕無(wú)旋流動(dòng)；〔c〕具有速度勢(shì)；〔d〕滿(mǎn)足連續(xù)性。 4.7一變直徑的管段，直徑=0.2m，=0.4m，高差=1.5m，今測(cè)得=30，=40，處斷面平均流速=1.5。試判斷水在管中的流動(dòng)方向。 解：以過(guò)A的水平面為基準(zhǔn)面，則A、B點(diǎn)單位重量斷面平均總機(jī)械能為： 〔m〕 〔m〕 ∴水流從B點(diǎn)向A點(diǎn)流動(dòng)。 答：水流從B點(diǎn)向A點(diǎn)流動(dòng)。 4.8利用皮托管原理，測(cè)量水管中的點(diǎn)速度。如讀值=60mm，求該點(diǎn)流速。 解：〔m/s〕 答：該點(diǎn)流速m/s。 4.9水管直徑50mm，末端閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，壓力表讀值為

30、21。閥門(mén)翻開(kāi)后讀值降至5.5，如不計(jì)水頭損失，求通過(guò)的流量。 解：〔1〕水箱水位 〔2〕閥門(mén)開(kāi)啟后，從水箱液面到儀表處列伯努利方程，可得： ∴〔m/s〕 〔m3/s〕 答：通過(guò)的流量m3/s。 4.10水在變直徑豎管中流動(dòng)，粗管直徑=300mm，流速=6。為使兩斷面的壓力表讀值一樣，試求細(xì)管直徑〔水頭損失不計(jì)〕。 解：以過(guò)下壓力表處的水平面為基準(zhǔn)面，列伯努利方程如下： ∵，m， 取，當(dāng)時(shí)，有： 〔m/s〕 由連續(xù)性方程 ∴〔mm〕 答：細(xì)管直徑為mm。 4.11為了測(cè)量石油管道的流量，安裝文丘里流量計(jì)，管道直徑=200mm，流量計(jì)喉管直徑=100mm，石油密度=8

31、50，流量計(jì)流量系數(shù)=0.95?，F(xiàn)測(cè)得水銀壓差計(jì)讀數(shù)=150mm，問(wèn)此時(shí)管中流量是多少。 解： 其中：； 〔m〕 〔m3/s〕 〔l/s〕 答：此時(shí)管中流量l/s。 4.12水箱中的水從一擴(kuò)散短管流到大氣中，直徑=100mm，該處絕對(duì)壓強(qiáng)=0.5大氣壓，直徑=150mm，試求水頭，水頭損失忽略不計(jì)。 解：〔1〕以出水管軸線為基準(zhǔn)面，列管徑與處的伯努利方程，可得： 取，，kPa ∵ ∴ 〔m/s〕 〔2〕從液面到短管出口列能量〔伯努利〕方程。 〔m〕 答：水頭m。 4.13離心式通風(fēng)機(jī)用集流器從大氣中吸入空氣，直徑=200mm處接一根細(xì)玻璃管，管中的水上升=150

32、mm，求進(jìn)氣流量〔空氣的密度=1.29〕。 解：以集流器軸線的水平面為基準(zhǔn)面，從距進(jìn)口一定距離的水平處列到測(cè)管處的伯努利方程，可得： 不計(jì)損失，取 ∴ 其中，則 ∴〔m/s〕 〔m3/s〕 答：進(jìn)氣流量m3/s。 4.14一吹風(fēng)裝置，進(jìn)排風(fēng)口都直通大氣，風(fēng)扇前、后斷面直徑==1m，排風(fēng)口直徑=0.5m，排風(fēng)口風(fēng)速=40，空氣的密度=1.29，不計(jì)壓強(qiáng)損失，試求風(fēng)扇前、后斷面的壓強(qiáng)和。 解：以過(guò)軸線的水平面為基準(zhǔn)面，以及截面列伯努利方程： 其中，〔m/s〕，， ∴〔Pa〕 從大氣到斷面，列伯努利方程： 其中，〔相對(duì)壓強(qiáng)〕， ∴〔Pa〕 答：風(fēng)扇前、后斷面的壓強(qiáng)Pa，

33、Pa。 4.15兩端開(kāi)口的等直徑形管，管內(nèi)液柱長(zhǎng)度為，使液面離開(kāi)平衡位置而造成液柱振蕩，水頭損失忽略不計(jì)，求液柱的振蕩方程=。 解：取0-0斷面為基準(zhǔn)面，由非恒定流的伯努利方程： ∵，，， ∴ ∴ ∵ ∴ 令，則 答：液柱的振蕩方程。 4.16水力采煤用水槍在高壓下噴射強(qiáng)力水柱沖擊煤層，噴嘴出口直徑=30mm，出口水流速度=54，求水流對(duì)煤層的沖擊力。 解：取控制體如圖，受力如圖。 〔kN〕 水流對(duì)煤層的作用力與構(gòu)成作用力與反作用力，大小為kN，方向向右。 答：水流對(duì)煤層的沖擊力kN，方向向右。 4.17水由噴嘴射出，流量=0.4，主管直徑=0.4，噴口直徑=0.

34、1m，水頭損失不計(jì)，求水流作用在噴嘴上的力。 解：〔1〕〔m/s〕 〔m/s〕 取過(guò)軸線的水平面為基準(zhǔn)面，列螺栓斷面與出口斷面的伯努利方程： ∴〔kPa〕 〔2〕取控制體如以以下圖，列動(dòng)量方程。 ∴ 〔kN〕 答：水流作用在噴嘴上的力為kN。 4.18閘下出流，平板閘門(mén)寬=2m，閘前水深=4m，閘后水深=0.5m，出流量=8，不計(jì)摩擦阻力，試求水流對(duì)閘門(mén)的作用力，并與按靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律計(jì)算的結(jié)果相對(duì)比。 解：〔1〕由連續(xù)方程 ∴〔m/s〕 〔m/s〕 〔2〕由動(dòng)量方程，取控制體如圖。 ∴ 〔kN〕 〔kN〕 答：水流對(duì)閘門(mén)的作用力kN，按靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律計(jì)算的

35、結(jié)果kN。 4.19矩形斷面的平底渠道，其寬度為2.7m，渠底在某斷面處抬高0.5m，該斷面上游的水深為2m，下游水面降低0.15m，如忽略邊壁和渠底阻力，試求：〔1〕渠道的流量；〔2〕水流對(duì)底坎的沖力。 解：〔1〕以上游渠底為基準(zhǔn)面，列上、下游過(guò)水?dāng)嗝娴哪芰糠匠蹋? ① 其中：，m，m ②， m，m ③∴ 〔m3/s〕 〔m/s〕 〔m/s〕 〔2〕取控制體如圖，列動(dòng)量方程. ∴ 〔kN〕 答：〔1〕渠道的流量m3/s；〔2〕水流對(duì)底坎的沖力kN。 第七章局部習(xí)題答案 選擇題〔單項(xiàng)選擇題〕 7.1.水在垂直管內(nèi)由上向下流動(dòng)，測(cè)壓管水頭差h，兩斷面間沿程水頭損失

36、，則：〔a〕 〔a〕hf=h；〔b〕hf=h+l；〔c〕hf=l－h(huán)；〔d〕hf=l。 7.2.圓管恒定均勻流動(dòng)過(guò)流斷面上切應(yīng)力分布為：〔b〕 （a） 在過(guò)流斷面上是常數(shù)； 〔b〕管軸處是零，且與半徑成正比； 〔c〕管壁處是零，向管軸線性增大； 〔d〕按拋物線分布。 7.3.圓管流的下臨界雷諾數(shù)：〔d〕 〔a〕隨管徑變化；〔b〕隨流體的密度變化； 〔c〕隨流體的黏度變化；〔d〕不隨以上各量變化。 7.4.在圓管流中，紊流的斷面流速分布符合：〔d〕p166 〔a〕均勻規(guī)律；〔b〕直線變化規(guī)律；〔c〕拋物線規(guī)律；〔d〕對(duì)數(shù)曲線規(guī)律。 7.5.在圓管流中，層流的斷面流速分布符

37、合：〔c〕 〔a〕均勻規(guī)律；〔b〕直線變化規(guī)律；〔c〕拋物線規(guī)律；〔d〕對(duì)數(shù)曲線規(guī)律。 7.6.半圓形明渠半徑r0=4m，水力半徑為：〔c〕 〔a〕4m； 〔b〕3m； 〔c〕2m； 〔d〕1m。 7.7.變直徑管流，細(xì)斷面直徑為d1，粗?jǐn)嗝嬷睆絛2=2d1，粗細(xì)斷面雷諾數(shù)的關(guān)系是：〔d〕 〔a〕Re1=0.5 Re2；〔b〕Re1= Re2；〔c〕Re1=1.5 Re2；〔d〕Re1=2 Re2。 7.8.圓管層流，實(shí)測(cè)管軸線上流速為4m/s，則斷面平均流速為: 〔c〕 〔a〕4 m/s；〔b〕3 .2m/s；〔c〕2 m/s；〔d〕1 m/s。 7.9.圓管紊

38、流過(guò)渡區(qū)的沿程摩阻系數(shù)λ：〔c〕 〔a〕與雷諾數(shù)Re有關(guān)；〔b〕與管壁相對(duì)粗糙ks/d有關(guān)； 〔c〕與Re及ks/d有關(guān)；〔d〕與Re和管長(zhǎng)L有關(guān)。 7.10.圓管紊流粗糙區(qū)的沿程摩阻系數(shù)λ：〔b〕 〔a〕與雷諾數(shù)Re有關(guān)；〔b〕與管壁相對(duì)粗糙ks/d有關(guān)； 〔c〕與Re及ks/d有關(guān)；〔d〕與Re和管長(zhǎng)L有關(guān)。 7.11.工業(yè)管道的沿程摩阻系數(shù)λ，在紊流過(guò)渡區(qū)隨雷諾數(shù)的增加〔b〕 〔a〕增加；〔b〕減?。弧瞔〕不變；〔d〕不定。 計(jì)算題 【7.13】水管直徑d=10cm，管中流速v=1m/s，水溫為10℃，試判別流態(tài)。又流速等于多少時(shí)，流態(tài)將發(fā)生變化 解：查表得10°時(shí)水

39、 為紊流 得 可見(jiàn)，流速為0.30m/s時(shí)流態(tài)將發(fā)生變化. 【7.14】通風(fēng)管徑直徑為250mm，輸送的空氣溫度為20℃， 試求保持層流的最大流量〔7.087L/s〕； 假設(shè)輸送空氣的質(zhì)量流量為200kg/h，其流態(tài)是層流還是紊流〔紊流〕 解：查表得20°時(shí)空氣s ，得 為紊流 【7.15】有一矩形斷面的小排水溝，水深15cm，底寬20cm，流速0.15m/s，水溫10℃，試判別流態(tài)。 解：查表得10°時(shí)水 水力半徑 為紊流 【7.18】油管直徑為75mm，油的密度為901kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘度為0.9cm2/s。在管軸位置安放連接水銀壓差計(jì)的

40、皮托管，水銀面高差hp=20mm，試求油的流量?！?.19L/s；〕 解：皮托管測(cè)定的是管軸處的速度 假設(shè)為層流，，計(jì)算雷諾數(shù) ，所以流動(dòng)是層流 【7.16】輸油管的直徑d=150mm，Q=16.3m3/h，油的運(yùn)動(dòng)粘度ν=0.2cm2/s，試求每公里管長(zhǎng)的沿程水頭損失。〔層流的沿程損失計(jì)算〕 解：平均流速 雷諾數(shù) 沿程摩阻系數(shù) 沿程水頭損失 【例題】應(yīng)用細(xì)管式粘度計(jì)測(cè)定油的粘度。細(xì)管直徑d=8mm，測(cè)量段長(zhǎng)l=2m，實(shí)測(cè)油的流量Q=70cm3/s，水銀壓差計(jì)讀值hp=30cm，油的密度ρ=901kg/m3。試求油的運(yùn)動(dòng)粘度ν和動(dòng)力粘度μ?！?.743cm2/s μ=8.5

41、6×10-6m2／s〕〔層流的沿程損失計(jì)算〕 解：列細(xì)管測(cè)量段前后斷面〔1、2〕伯努利方程，化簡(jiǎn) 設(shè)為層流 ＜2300層流，計(jì)算成立。 【7.17】在管內(nèi)通過(guò)運(yùn)動(dòng)粘度ν為0.013cm2/s的水，實(shí)測(cè)流量為35 cm3/s，長(zhǎng)15m管段上的水頭損失為2cm水柱，試求此圓管的內(nèi)徑?！矊恿鞯难爻虛p失計(jì)算〕〔1.94cm〕 解：假設(shè)為層流，由泊肅葉公式 得 檢驗(yàn)： 是層流,說(shuō)明計(jì)算正確。 【7.19】自來(lái)水管長(zhǎng)600m，直徑300mm，鑄鐵管道，通過(guò)流量60m3/h，試用穆迪圖計(jì)算沿程水頭損失。〔0.176m〕〔涉及紊流的沿程損失〕 解：鑄鐵管道，取ks=1.25mm〔平均

42、值〕 查穆迪圖得 【7.20】鋼筋混凝土輸水管直徑為300mm，長(zhǎng)度為500m，沿程水頭損失為1m，試用謝才公式求管道中流速?！?.59m/s〕〔涉及紊流的沿程損失〕 解：查表，取n=0.135 管中流速 【7.21】矩形風(fēng)道的斷面尺寸為1200mm×600mm，空氣流量為42000m3/h，空氣密度為1.11kg/m3，測(cè)得相距12m的兩斷面間的壓強(qiáng)差為31.6N/m2。試求風(fēng)道的沿程摩阻系數(shù)?！?.0145〕〔達(dá)西公式〕 解： 當(dāng)量直徑 注：適用于層流和紊流，不必判斷。 【7.27】水管直徑為50mm，1、2兩斷面相距15m，高差3m，通過(guò)流量Q=6L/s，水銀壓差計(jì)讀值

43、為250mm，試求管道的沿程摩阻系數(shù)。達(dá)西公式 解： 【7.22】圓管和正方形管道的斷面面積、長(zhǎng)度和相對(duì)粗糙都相等，且通過(guò)流量相等。試求兩種形狀管道沿程損失之比?！采婕拔闪鳌? 〔1〕管流為層流；(1)0.785； 〔2〕管流為紊流粗糙區(qū)。(2)0.886 解： (1) 層流 (2) 紊流粗糙區(qū)，沿程摩阻系數(shù)只與粗糙度有關(guān)，所以?xún)蓚€(gè)管道的沿程摩阻系數(shù)相等。 【7.23】輸水管道中設(shè)有閥門(mén)，管道直徑為50mm，通過(guò)流量為3.34L/s，水銀壓差計(jì)讀值?h=150mm，沿程損失不計(jì)，試求閥門(mén)的局部損失系數(shù)?！?3.8〕局部損失系數(shù)公式 解： ,所以， 【7.24】水箱中的水通過(guò)

44、等直徑的垂直管道向大氣流出。如水箱的水深H，管道直徑d，管道長(zhǎng)L，沿程摩阻系數(shù)為λ，局部損失系數(shù)為ζ，試求在什么條件下，流量隨管長(zhǎng)的增加而減小綜合 解：由伯努利方程得 當(dāng)時(shí)，管中流速隨管長(zhǎng)增加而減小，因管直徑不變，流量也隨管長(zhǎng)增加而減小，即 時(shí)流量隨管長(zhǎng)的增加而減小 【7.25】用突然擴(kuò)大使管道流速由v1減到v2，假設(shè)直徑d1及流速v1一定，試求使測(cè)壓管液面差成為最大的v2及d2是多少，并求最大h值。〔H>(1+ζ)d/λ〕綜合 解：由伯努利方程得 由連續(xù)性方程得 v1和d1一定。 【7.26】水箱中的水經(jīng)管道出流，管道直徑為25mm，長(zhǎng)度為6m，水位H=13m，沿程摩阻系數(shù)

45、為λ=0.02，試求流量及管壁切應(yīng)力τ。〔3.12L/s；101.12N/m2〕 管壁切應(yīng)力 解：由伯努利方程得 流量： 【7.28】?jī)伤厮缓愣?，管道直徑d=10cm，管長(zhǎng)l=20m，沿程摩阻系數(shù)λ=0.042，局部損失系數(shù)ζ彎=0.8，ζ閥=0.26，通過(guò)流量Q=65L/s，試求水池水面高差H。綜合 解： 由伯努利方程得 【7.29】水池中的水經(jīng)彎管流入大氣中。管道直徑d=100mm，水平段AB和傾斜段BC的長(zhǎng)度均為l=50m，高差h1=2m，h2=25m，BC段設(shè)有閥門(mén)，沿程阻力系數(shù)λ=0.035，管道入口及轉(zhuǎn)彎局部阻力不計(jì)。試求：為使AB段末端B處的

46、真空高度不超過(guò)7m，閥門(mén)的局部水頭損失系數(shù)ζ最小應(yīng)是多少此時(shí)的流量是多少?綜合 解 列伯努利方程 第八章習(xí)題答案 選擇題〔單項(xiàng)選擇題〕 8.1對(duì)比在正常工作條件下，作用水頭，直徑相等時(shí)，小孔口的流量和圓柱形外管嘴的流量：〔b〕 〔a〕>；〔b〕<；〔c〕=；〔d〕不定。 8.2圓柱形外管嘴的正常工作條件是：〔b〕 〔a〕=〔3~4〕，>9m；〔b〕=〔3~4〕，<9m；〔c〕>〔3~4〕，>9m；〔d〕<〔3~4〕，<9m。 8.3圖示兩根完全一樣的長(zhǎng)管道，只是安裝高度不同，兩管的流量關(guān)系是：〔c〕 〔a〕<；〔b〕>；〔c〕=；〔d〕不定。 8.4并聯(lián)管道1、2，兩管的直

47、徑一樣，沿程阻力系數(shù)一樣，長(zhǎng)度=3，通過(guò)的流量為：〔c〕 〔a〕=；〔b〕=1.5；〔c〕=1.73；〔d〕=3。 8.5并聯(lián)管道1、2、3、A、B之間的水頭損失是：〔d〕 〔a〕=++；〔b〕=+；〔c〕=+；〔d〕===。 8.6長(zhǎng)管并聯(lián)管道各并聯(lián)管段的：〔c〕 〔a〕水頭損失相等；〔b〕水里坡度相等；〔c〕總能量損失相等；〔d〕通過(guò)的流量相等。 8.7并聯(lián)管道閥門(mén)為全開(kāi)時(shí)各段流量為、、，現(xiàn)關(guān)小閥門(mén)，其他條件不變，流量的變化為：〔c〕 （a） 、、都減??；〔b〕減小，不變，減?。弧瞔〕減小，增加，減??；〔d〕不變，增加，減小。 8.8有一薄壁圓形孔口，直徑為10mm，水頭為

48、2m?，F(xiàn)測(cè)得射流收縮斷面的直徑為8mm，在32.8s時(shí)間內(nèi)，經(jīng)孔口流出的水量為0.01，試求孔口的收縮系數(shù)，流量系數(shù)，流速系數(shù)及孔口局部損失系數(shù)。 解： ∵ ∴ ∵ ∴ 答：孔口的收縮系數(shù)，流量系數(shù)，流速系數(shù)，孔口局部損失系數(shù)。 8.9薄壁孔口出流，直徑=2cm，水箱水位恒定=2m，試求：〔1〕孔口流量；〔2〕此孔口外接圓柱形管嘴的流量；〔3〕管嘴收縮斷面的真空高度。 解： 〔l/s〕 〔l/s〕 以收縮斷面c-c到出口斷面n-n列伯努利方程： 〔m〕 答：〔1〕孔口流量L/s；〔2〕此孔口外接圓柱形管嘴的流量L/s；〔3〕管嘴收縮斷面的真空高度為m。 8.10

49、水箱用隔板分為、兩室，隔板上開(kāi)一孔口，其直徑=4cm，在室底部裝有圓柱形外管嘴，其直徑=3cm。=3m，=0.5m，試求：〔1〕，；〔2〕流出水箱的流量。 解： 要保持不變，則補(bǔ)充水量應(yīng)與流出水量保持相等，即孔口出流量、管嘴出口流量均為。 ∴ 可解得：〔m〕 〔m〕 〔l/s〕 答：〔1〕m，m；〔2〕流出水箱的流量L/s。 8.11有一平底空船，其船底面積為8，船舷高為0.5m，船自重為9.8kN，現(xiàn)船底破一直徑10cm的圓孔，水自圓孔漏入船中，試問(wèn)經(jīng)過(guò)多少時(shí)間后船將漂浮。 解： 設(shè)船底到水面的水深為，船中水深為，下沉過(guò)程是平穩(wěn)的，則有： 從孔口流入的流量為，為常數(shù)。

50、 ∴ 當(dāng)船漂浮時(shí)： ∴〔s〕 答：經(jīng)過(guò)s后船將漂浮。 8.12游泳池長(zhǎng)25m，寬10m，水深1.5m，池底設(shè)有直徑10cm的放水孔直通排水地溝，試求放凈池水所需的時(shí)間。 解： 設(shè)池內(nèi)水深為時(shí)，為水流量為 ∴ ∴ 〔h〕 設(shè)水池中的水量為，則水量減少量為 ∴ 答：放凈池水所需的時(shí)間為h。 8.13油槽車(chē)的油槽長(zhǎng)度為，直徑為，油槽底部設(shè)有卸油孔，孔口面積為，流量系數(shù)為，試求該車(chē)充滿(mǎn)油后所需卸空時(shí)間。 解： 設(shè)當(dāng)油箱中漏深為時(shí)，瞬時(shí)泄油量為。 ∴ 其中 ， ；∴ 當(dāng)時(shí) ∴， 當(dāng) 當(dāng)時(shí) ∴ 其中 積分可得： 答：該車(chē)充滿(mǎn)油后所需卸空時(shí)間為。 8.

51、14虹吸管將池中的水輸入池，長(zhǎng)度=3m，=5m，直徑=75mm，兩池水面高差=2m，最大超高=1.8m，沿程摩阻系數(shù)=0.02，局部損失系數(shù)：進(jìn)口=0.5，轉(zhuǎn)彎=0.2，出口=1，試求流量及管道最大超高斷面的真空度。 解： 以下游水面為基準(zhǔn)面，從上池水面到下池水面列伯努利方程： ∴〔m/s〕 〔L/s〕 從C過(guò)流斷面到下池水面列伯努利方程： 取 ∵ ∴ m 答：流量L/s，管道最大超高斷面的真空度為m。 8.15風(fēng)開(kāi)工具的送風(fēng)系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、貯氣筒、管道等組成，管道總長(zhǎng)=100mm，直徑=75mm，沿程摩阻系數(shù)=0.045，各項(xiàng)局部水頭損失系數(shù)之和=4.4，壓縮空氣密度

52、=7.86，風(fēng)開(kāi)工具要求風(fēng)壓650kPa，風(fēng)量0.088，試求貯氣筒的工作壓強(qiáng)。 解： 從貯氣筒到風(fēng)開(kāi)工具入口列伯努利方程，忽略高差，則有： ∴ 〔kPa〕 答：貯氣筒的工作壓強(qiáng)為kPa。 8.16水從密閉容器，沿直徑=25mm，長(zhǎng)=10m的管道流入容器，容器水面的相對(duì)壓強(qiáng)=2at，水面高=1m，=5m，沿程摩阻系數(shù)=0.025，局部損失系數(shù)：閥門(mén)=4.0，彎頭=0.3，試求流量。 解： 以地面為基準(zhǔn)面，從池面到池面列伯努利方程： ?。?；；，則有 〔m/s〕 〔l/s〕 答：流量l/s。 8.17水車(chē)由一直徑=150mm，長(zhǎng)=80m的管道供水，該管道中有兩個(gè)閘閥和4個(gè)

53、90°彎頭〔=0.03，閘閥全開(kāi)=0.12，彎頭=0.48〕。水車(chē)的有效容積為25，水塔具有水頭=18m，試求水車(chē)充滿(mǎn)水所需的最短時(shí)間。 解： 以管出水口為基準(zhǔn)面，列伯努利方程： ∴〔m/s〕 〔l/s〕 ∵ ∴〔s〕〔min〕 答：水車(chē)充滿(mǎn)水所需的最短時(shí)間為min。 8.18自密閉容器經(jīng)兩段串聯(lián)管道輸水，壓力表讀值=1at，水頭=2m，管長(zhǎng)=10m，=20m，直徑=100mm，=200mm， 沿程摩阻系數(shù)==0.03，試求流量并繪總水頭線和測(cè)壓管水頭線。 解： 以管中心線為基準(zhǔn)面，沉著器水面到出口斷面列伯努利方程： ∵，， 可求得： 〔m/s〕 〔m/s〕 〔L

54、/s〕 〔m〕 〔m〕 答：流量L/s，總水頭線和測(cè)壓管水頭線見(jiàn)上圖。 8.19水從密閉水箱沿垂直管道送入高位水池中，管道直徑=25mm，管長(zhǎng)=3m，水深=0.5m，流量=1.5L/s，沿程摩阻系數(shù)=0.033，局部損失系數(shù)：閥門(mén)=9.3，入口=1，試求密閉容器上壓力表讀值，并繪總水頭線和測(cè)壓管水頭線。 解： 以下池水面為基準(zhǔn)面，列伯努利方程： ∴ 〔kPa〕 〔m/s〕 x H (m) Hp (m) -h 11.58 / 11.10 11.58 / 10.63 l 3.977 / 3.5 3.

55、5 / 3.5 l+h 3.5 3.5 閥 4.44 4.44 答：密閉容器上壓力表讀值kPa，總水頭線和測(cè)壓管水頭線見(jiàn)上圖。 8.20工廠供水系統(tǒng)，由水塔向、、三處供水，管道均為鑄鐵管，流量=10，=5，=10，各段管長(zhǎng)=350m，=450m，=100m，各段直徑=200mm，=150mm，=100mm，整個(gè)場(chǎng)地水平，試求所需水頭。 解： 以水平面為基準(zhǔn)面，從水塔水面到斷面出口列伯努利方程： 其中：，取，查表7-3可得： ；； 〔l/s〕；〔l/s〕；〔l/s〕 代入可得： 〔m〕 答：所需水頭為m。 8.21在長(zhǎng)為2，直徑為的管道上，并聯(lián)一根直徑一樣，長(zhǎng)為

56、的支管〔圖中虛線〕，假設(shè)水頭不變，不計(jì)局部損失，試求并聯(lián)支管前后的流量比。 解： 并聯(lián)前，設(shè)管道的比阻為，則有： ， 并聯(lián)后，總流為 ， 兩支路的流量為 答：并聯(lián)支管前后的流量比為。 8.22有一泵循環(huán)管道，各支管閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，支管流量分別為、，假設(shè)將閥門(mén)開(kāi)度變小，其他條件不變，試論證主管流量若何變化，支管流量、若何變化。 解： 設(shè)主管阻抗為，支管阻抗為，。 主管損失為，支管損失為。 ∴ ∴ ∴ ∴水泵揚(yáng)程 ∵ ∴ 對(duì)離心泵，一般有，∴成立。 即減小，而增加，減小，故增加。 又∵，當(dāng)增加時(shí)，不變，故增加 ∴減少 答：主管流量減小，支管流量減少、增加。

57、 8.23電廠引水鋼管直徑=180mm，壁厚=10mm，流速=2，工作壓強(qiáng)為1×106Pa，當(dāng)閥門(mén)突然關(guān)閉時(shí)，管壁中的應(yīng)力比原來(lái)增加多少倍 解： 其中 〔m/s〕 其中Pa；Pa；mm；mm ∴〔m〕 〔kPa〕 管中壓強(qiáng)增大的倍數(shù)為倍。 答：管壁中的應(yīng)力比原來(lái)增加倍。 8.24輸水鋼管直徑=100mm，壁厚=7mm，流速=1.2，試求閥門(mén)突然關(guān)閉時(shí)的水擊壓強(qiáng)，又如該管道改為鑄鐵管水擊壓強(qiáng)有何變化 解： 對(duì)鋼管：〔m/s〕 對(duì)鑄鐵：〔m/s〕 〔m〕 〔m〕 Pa Pa 答：閥門(mén)突然關(guān)閉時(shí)的水擊壓強(qiáng)為Pa，該管道改為鑄鐵管水擊壓強(qiáng)為Pa。 8.25水箱中

58、的水由立管及水平支管流入大氣，水箱水深=1m，各管段長(zhǎng)=5m，直徑=25mm，沿程摩阻系數(shù)=0.0237，除閥門(mén)阻力〔局部水頭損失系數(shù)〕外，其他局部阻力不計(jì)，試求：〔1〕閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，立管和水平支管的流量、；〔2〕閥門(mén)全開(kāi)〔=0〕時(shí)，流量、；〔3〕使=，應(yīng)為多少 解：〔1〕閥門(mén)關(guān)閉。 〔m/s〕 〔L/s〕 〔2〕閥門(mén)全開(kāi)。設(shè)結(jié)點(diǎn)處壓強(qiáng)為，以水平管為基準(zhǔn)面，則有： ； 可得： 其中 再?gòu)乃孛娴匠隹诹心芰糠匠蹋? ∴ 可得： 解得： 故 ，不合題意。 代入方程中可得： 〔L/s〕，〔L/s〕，〔L/s〕 〔3〕設(shè)置閥門(mén)開(kāi)度，使時(shí)，閥門(mén)阻力系數(shù)為。 則有 ① 及

59、 ∵， ∴② ①/②可得： 〔L/s〕 〔l/s〕 答：〔1〕閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，立管和水平支管的流量、L/s；〔2〕閥門(mén)全開(kāi)〔=0〕時(shí)，流量L/s、L/s；〔3〕使=，應(yīng)為。 8.26離心泵裝置系統(tǒng)，該泵的性能曲線〔見(jiàn)圖7-49〕，靜揚(yáng)程〔幾何給水高度〕=19m，管道總阻抗=76000，試求：水泵的流量、揚(yáng)程、效率、軸功率。 解： 裝置揚(yáng)程為 在圖上作曲線，列表如下： 確定工作點(diǎn)為： 流量〔L/s〕 揚(yáng)程〔m〕 效率 軸功率〔kW〕 8.27由一臺(tái)水泵把貯水池的水抽送到水塔中去，流量=70，管路總長(zhǎng)〔包括吸、壓水管〕為1500m，

60、管徑為=250mm，沿程摩阻系數(shù)=0.025，水池水面距水塔水面的高差=20m，試求水泵的揚(yáng)程及電機(jī)功率〔水泵的效率=55%〕。 解： 水泵揚(yáng)程 〔m〕 〔kW〕 答：水泵的揚(yáng)程為m，電機(jī)功率為kW。 第九章習(xí)題答案 選擇題〔單項(xiàng)選擇題〕 9.1明渠均勻流只能出現(xiàn)在：〔b〕 〔a〕平坡棱柱形渠道；〔b〕順坡棱柱形渠道；〔c〕逆坡棱柱形渠道；〔d〕天然河道中。 9.2水力最優(yōu)斷面是：〔c〕 〔a〕造價(jià)最低的渠道斷面；〔b〕壁面粗糙系數(shù)最小的斷面；〔c〕過(guò)水?dāng)嗝娣e一點(diǎn)，濕周最小的斷面；〔d〕過(guò)水?dāng)嗝娣e一定，水力半徑最小的斷面。 9.3水力最優(yōu)矩形渠道斷面，寬深比是：〔c〕

61、 〔a〕0.5；〔b〕1.0；〔c〕2.0；〔d〕4.0。 9.4平坡和逆坡渠道中，斷面單位能量沿程的變化：〔b〕 〔a〕>0；〔b〕<0；〔c〕=0；〔d〕都有可能。 9.5明渠流動(dòng)為急流時(shí)：〔a〕 〔a〕>1；〔b〕>；〔c〕<；〔d〕<0。 9.6明渠流動(dòng)為紊流時(shí)：〔a〕 〔a〕>1；〔b〕>；〔c〕<；〔d〕<0。 9.7明渠水流由急流過(guò)渡到緩流時(shí)發(fā)生：〔a〕 〔a〕水躍；〔b〕水跌；〔c〕連續(xù)過(guò)渡；〔d〕都可能。 9.8在流量一定，渠道斷面的形狀、尺寸和壁面粗糙一定時(shí)，隨底坡的增大，正常水深將： 〔a〕增大；〔b〕減??；〔c〕不變；〔d〕不定。 9.9在流量

62、一定，渠道斷面的形狀、尺寸一定時(shí)，隨底坡的增大，臨界水深將：〔b〕 〔a〕增大；〔b〕減?。弧瞔〕不變；〔d〕不定。 9.10寬淺的矩形斷面渠道，隨流量的增大，臨界底坡將：〔b〕 （a） 增大；〔b〕減??；〔c〕不變；〔d〕不定。 9.11明渠水流如圖8-49所示，試求1、2斷面間渠道底坡，水面坡度，水力坡度。 解： 答：1、2斷面間渠道底坡，水面坡度，水力坡度。 9.12梯形斷面土渠，底寬=3m，邊坡系數(shù)=2，水深=1.2m，底坡=0.0002，渠道受到中等養(yǎng)護(hù)，試求通過(guò)流量。 解： 〔m2〕 〔m〕 〔m〕，取〔見(jiàn)教材153頁(yè)表6-4〕 ∴〔m3/s〕 答：

63、通過(guò)流量m3/s。 9.13修建混凝土砌面〔較粗糙〕的矩形渠道，要求通過(guò)流量=9.7，底坡=0.001，試按水力最優(yōu)斷面設(shè)計(jì)斷面尺寸。 解： 對(duì)矩形斷面，水力最優(yōu)斷面滿(mǎn)足。 ∴，，∴ ∵，取， ∴， 〔m〕，〔m〕 答：斷面尺寸為m，m。 9.14修建梯形斷面渠道，要求通過(guò)流量=1，邊坡系數(shù)=1.0，底坡=0.0022，粗糙系數(shù)=0.03，試按不沖允許流速=0.8，設(shè)計(jì)斷面尺寸。 解： ∵，∴，〔m2〕 又∵，即 ∴有 即有 解得： ， ∴〔m〕，〔m〕 答：斷面尺寸為m，m。 9.15一鋼筋混凝土圓形排水管道，污水流量=0.2，底坡=0.005，粗糙

64、系數(shù)=0.014，試確定此管道的直徑。 解： 取充滿(mǎn)度為，則，。 ∴ ∴〔m〕 故應(yīng)取，則由表8-4查得， ，〔m〕 故取〔mm〕 答：管道的直徑mm。 9.16鋼筋混凝土圓形排水管，直徑=1.0m，粗糙系數(shù)=0.014，底坡=0.002，試校核此無(wú)壓管道的過(guò)流量。 解： 滿(mǎn)流時(shí)的過(guò)流量為： 〔m3/s〕 對(duì)管徑為m的輸水管，取 由圖8-16查得：，∴〔m3/s〕 解法2：取，則； ∴〔m3/s〕 答：無(wú)壓管道的過(guò)流量m3/s。 9.17三角形斷面渠道，頂角為90°，通過(guò)流量=0.8，試求臨界水深。 解： 臨界水深滿(mǎn)足 其中 ， ∴，取 ∴〔m〕

65、 答：臨界水深m。 9.18有一梯形土渠，底寬=12m，邊坡系數(shù)=1.5，粗糙系數(shù)=0.025，通過(guò)流量=18，試求臨界水深和臨界底坡。 解： ∴ 用試算法求解。 〔m〕 臨界底坡滿(mǎn)足： 其中：m2 m m 答：臨界水深m，臨界底坡。 9.19在矩形斷面平坡渠道中發(fā)生水躍，躍前斷面的=，問(wèn)躍后水深是躍前水深的幾倍 解： 答：躍后水深是躍前水深的倍。 9.20試分析以下棱柱形渠道中水面曲線銜接的可能形式 解： 9.21有棱柱形渠道，各渠段足夠長(zhǎng)，其中底坡0<<，>>，閘門(mén)的開(kāi)度小于臨界水深，試?yán)L出水面曲線示意圖，并

66、標(biāo)出曲線的類(lèi)型。 解： 9.22有矩形斷面長(zhǎng)渠道向低處排水，末端為跌坎，渠道底寬=1m，底坡=0.0004，正常水深=0.5m，粗糙系數(shù)=0.014，試求：〔1〕渠道末端出口斷面的水深；〔2〕繪渠道中水面曲線示意圖。 解：〔1〕確定臨界水深。 〔m〕 〔m3/s〕 ∴〔m〕 〔2〕計(jì)算水面曲線 0.5 0.4 0.3 0.202 0.566 0.708 0.943 1.401 0.25 0.222 0.188 0.144 56.69 55.58 54.06 51.71 0.516 0.426 0.345 0.302 0.236 0.205 0.166 56.14 54.82 52.89 0.637 0.826 1.172 0.546 1.107 2.958 6.69 6.28 3.89 〔3〕渠道水面曲線示意圖： 答：〔1〕渠道末端出口斷面的水深為0.202m；〔2〕渠道中水面曲線示意圖見(jiàn)上圖。 9.23矩形斷面長(zhǎng)渠道，底寬=2m，底坡=0.001，粗糙系數(shù)=0.014，通過(guò)流量=3.0，渠尾設(shè)有溢流堰，堰前水深為1.5m，要