1、課后水力學(xué)的計(jì)算和答案第一章導(dǎo)言1-1.20的水2.5m3，當(dāng)溫度升至80時(shí)，其體積增加多少？解溫度變化前后的質(zhì)量守恒，即在20時(shí)，水的密度80時(shí)水的密度增加的體積是1-2。當(dāng)空氣溫度從0升高到20時(shí)，運(yùn)動(dòng)粘度增加15%，而劇烈粘度降低10%。此時(shí)動(dòng)力粘度增加了多少(百分比)？解決方案此時(shí)，動(dòng)態(tài)粘度增加了3.5%1-3。有一條橫截面為矩形的寬水道，其水流速度分布分別是水的密度、動(dòng)力粘度和水深。試著找出運(yùn)河底部的剪應(yīng)力(y=0)。解決方案當(dāng)=0.5m時(shí)，y=01-4。底部面積為4550cm2，高度為1cm，質(zhì)量為5kg的塊體沿涂有潤滑油的斜面勻速向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為u=1m/s，油層厚度為1cm

2、，傾斜角為22.620(見圖)，以計(jì)算油的粘度。解決方案當(dāng)木塊的重量與沿斜坡的剪切力T平衡時(shí)，木塊以相同的速度向下滑動(dòng)1-5。眾所周知，液體沿Y方向的流速分布如圖所示。嘗試根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律定性繪制剪應(yīng)力沿Y方向的分布圖。解決方案1-6。對于電線表面的紅色絕緣，將電線穿過充滿絕緣涂層的模具。眾所周知，鋼絲的直徑為0.9毫米，長度為20毫米，涂層的粘度為0.02帕秒。如果鋼絲以50米/秒的速度穿過模具，試著找出所需的拉力。(1 .O1N)解決方案1-7。兩塊平行板之間的距離為0.5毫米，流體填充在它們之間。下板固定，上板在2Pa壓力下以0.25米/秒的恒定速度運(yùn)動(dòng)，從而計(jì)算流體的動(dòng)態(tài)粘度。解根據(jù)

3、牛頓內(nèi)耗定律，我們得到1-8。圓錐體圍繞其中心軸以相等的角速度旋轉(zhuǎn)。錐體與固定壁之間的距離=1毫米，間隙充滿潤滑油。圓錐半徑為0.3米，高度為0.5米.找出作用在錐體上的阻力矩。(39.6納米)【解決方法】取如圖所示的微量元素微電池面積：剪應(yīng)力：阻力：阻力矩：第二章流體靜力學(xué)2-1。圖中顯示了一個(gè)封閉的水容器。u形壓力計(jì)的液位比容器中的液位高h(yuǎn)=1.5m。計(jì)算容器液位的相對壓力。解決方案2-2。密封水箱，壓力表測得的壓力為4900帕。壓力表的中心比A點(diǎn)高0.5米，A點(diǎn)比液面低1.5米。求出液體表面的絕對壓力和相對壓力。解決方案2-3。多管水銀壓力計(jì)用于測量水箱中的表面壓力。圖中的標(biāo)高單位是米。

4、試著找出水面的絕對壓力。解決方案2-4。水管a和b的高度差為h1=0.2m，u型差壓計(jì)中水銀液面的高度差為h2=0.2m.試著找出a點(diǎn)和b點(diǎn)之間的壓力差。(22.736牛頓/平方米)解決方案2-5。水輪水箱長3米，高1.8米，水深1.2米，以恒定加速度向前行駛。防止水溢出的加速度a的允許值是多少？解決方案如果坐標(biāo)原點(diǎn)位于液位中心，自由液位方程為：當(dāng)時(shí)，水并沒有在這個(gè)時(shí)候溢出2-6。矩形平板閘門AB側(cè)的擋水。已知長度l=2m，寬度b=1m，質(zhì)心深度hc=2m，傾角=45。在閘門的上邊緣有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，忽略了閘門的自重和閘門軸的摩擦力。試著找出打開大門所需的拉力。解決方案作用在閘門上的總壓力：動(dòng)作點(diǎn)

5、位置：2-7。如圖所示，當(dāng)閘門左側(cè)水深為h1=2m，右側(cè)水深為h2=0.4m時(shí)，閘門將自動(dòng)開啟，并嘗試找出鉸鏈與閘門下端的距離x。解決方案左側(cè)作用在閘門上的水壓：作用在閘門上的右水壓：2-8。如圖所示，扇形閘門的寬度為b=1.0m，中心角為45，擋水深度為h=3m。試著找出水在門上的力量和方向解決方案水平組件自由液面1-1段和虹吸管下端出口2在第2節(jié)建立伯努利方程，忽略水頭損失。然后其中管道中的體積流量：(2)基于噴嘴的2-2截面，自由液面的1-1截面是管中的最高點(diǎn)對于中間部分，列伯努利方程，忽略水頭損失，然后其間也就是說，因此，點(diǎn)s處的真空壓力為=78.46千帕.(3)當(dāng)H不變，S點(diǎn)A增加時(shí)

6、，當(dāng)S點(diǎn)壓力Ps等于水的氣化壓力時(shí)，這當(dāng)水在S點(diǎn)蒸發(fā)時(shí)，管道中的流動(dòng)終止。根據(jù)相關(guān)表格，在常溫下(15攝氏度)水的蒸發(fā)壓力為1697帕(絕對壓力)，它基于噴嘴的2-2部分，列在點(diǎn)S的中心截面和截面2-2的伯努利方程(忽略水頭損失)其間也就是說，注意，伯努利方程兩邊的壓力性質(zhì)應(yīng)該是相同的，因?yàn)镻s是絕對壓力，所以出口也是絕對壓力。2.如圖4-6所示，有一個(gè)傾斜放置的錐形管，A-A和B-B橫截面的質(zhì)心是兩個(gè)。高差為1.0m.管道直徑=200毫米，質(zhì)心壓力=68.5千帕.截面B-B管徑=300毫米，質(zhì)心壓力=58千帕，截面平均流速=1.5米/秒(1)管道中水流的方向。(2)兩個(gè)端面之間的能量損失。(

7、3)通過管道的流量。解 (1)以通過截面A-A質(zhì)心的水平面為基準(zhǔn)面，分別寫出截面甲乙截面伯努利方程因?yàn)樗邮芩虼?因此，可以看出，a-a段的總機(jī)械能高于b-B段，該管道中的水流從A-A段流向B-B段。(2)以通過截面A-A質(zhì)心的水平面為基準(zhǔn)面，寫出截面A-A和截面B-B恒定總流量的伯努利方程取動(dòng)能修正系數(shù)，因此因?yàn)?，所?4)流經(jīng)管道3.圖4-7顯示了測量水管中流量的文丘里流量計(jì)。眾所周知=0.3m，=0.15米，水銀壓差表中左右水銀柱的高度差為=0.02米解決方案伯努利方程適用于第1-1節(jié)和第2-2節(jié)，將截面2-2和右側(cè)水銀表面之間的高度差設(shè)置為l，然后分類使用連續(xù)性方程，然后由此可見，

8、用文丘里流量計(jì)測量管道流量時(shí)，Q的一般計(jì)算公式為如果水壓是用U形水銀差壓計(jì)測量的，Q的公式是值得注意的是，無論文丘里流量計(jì)是水平放置、傾斜放置還是垂直放置，其計(jì)算公式那沒什么區(qū)別。4.矩形斷面平底渠道，寬度B=2.7m，渠道底部在某一斷面抬高0.5m。據(jù)了解，該段上游水深為2米，下游水面下降0.15米(見圖4-8)，忽略了渠道側(cè)壁和渠道底部的阻力。試著問一下：(1)運(yùn)河底部的排放。(2)水流對窗臺的影響。解這個(gè)問題是總流量的伯努利方程和動(dòng)量方程在明渠水流運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用。(1)計(jì)算流量。穿過上游運(yùn)河底部水平面是基準(zhǔn)面，位于山脊的底部選擇1-1段作為下游漸流段。第2-2節(jié)，勒伯努利方程明渠水流中如何

9、選擇計(jì)算點(diǎn)？根據(jù)漸變流的特點(diǎn)，橫截面上最后一點(diǎn)的總測壓頭是相等的。但是，計(jì)算點(diǎn)選在水面上，其壓力P=0(相對壓力)，取動(dòng)能修正系數(shù)。伯努利方程簡化如下=0.15米從連續(xù)方程，我們得到=代入上述公式交通(2)計(jì)算水流對堤岸底部的沖擊力。以截面1-1、截面2-2、水流面和壁面所圍成的空間為控制體(見圖4-9)，選擇直角坐標(biāo)系xOy，使Ox軸方向與水流方向一致，并推導(dǎo)出Ox方向的動(dòng)量方程作用于控制體內(nèi)水流的力有是山脊底部對水流的作用力，假設(shè)這個(gè)力，沿著牛軸的方向，是要求解的量，它帶來6.如圖所示，有一個(gè)與水平面成45傾角的漸變水管段。眾所周知，管道直徑d1=200mm毫米，d2=100mm毫米，兩段

10、之間的距離l=2m米。如果1-1段的速度v1為2m/s，水銀壓差計(jì)的讀數(shù)為20cm，試著辨別流向，并計(jì)算兩個(gè)段之間的水頭損失hw和壓差p1-p2。解決方案假設(shè)流向?yàn)?2，根據(jù)伯努利方程，其中，采取因此，假設(shè)是不正確的，流動(dòng)方向是21。經(jīng)過必須7.圖示的管道路線由兩個(gè)不同直徑的管道和一個(gè)逐漸變化的連接管道組成。給定dA=200mm毫米，dB=400mm毫米，a點(diǎn)相對壓力pA=68.6kPa千帕，b點(diǎn)相對壓力pB=39.2kPa千帕，截面平均速度vB=1m米/秒，b點(diǎn)高差z=1.2米，試著判斷流向，計(jì)算兩個(gè)截面之間的水頭損失hw。解決方案假設(shè)流向?yàn)锳B，根據(jù)伯努利方程，其中，采取因此，這個(gè)假設(shè)是正

11、確的。8.眾所周知，圖中水平管道的流量qV=2.5L/s，直徑d1=50mm，d2=25mm，壓力表讀數(shù)為9807Pa。如果忽略水頭損失，試著找出連接到管道收縮段的水管從容器中吸水的高度h。解決方案第四章回答1.有一條橫截面為矩形的小排水溝，水深、底寬、流速和水溫都在15左右，所以要設(shè)法辨別它的流態(tài)。解決方案：,，屬于湍流2.有一個(gè)長度和直徑相同的均勻流管道，水流的水力梯度用來計(jì)算管壁的剪應(yīng)力和水頭損失。解決方案：因?yàn)樗栽诠鼙谏希涸冢核^損失：3.輸油管道直徑輸送的油量，計(jì)算輸油管道軸線上的速度和一路上的一長水頭損失。已知。解決方案：(1)區(qū)分流動(dòng)模式用體積流量代替油量，屬于層流(2)根據(jù)層

12、流的性質(zhì)(3)4.鑄鐵水管長度=1000，內(nèi)徑，通過流量，試按公式計(jì)算10和15時(shí)的水頭損失。如果水管水平放置，水管起點(diǎn)和終點(diǎn)的壓降是多少？解決方案：(1)當(dāng)t=10時(shí)，它滿足chevelev公式的條件，所以它由公式(5-39)給出(2)當(dāng)t=15時(shí)，由公式(1-7)得到表5-1中的等效粗糙度高度由公式(5-41)獲得。5.輸油管道管徑輸送的油量，計(jì)算輸油管道軸上的流速和沿途的一長水頭損失。已知。解決方案：(1)區(qū)分流動(dòng)模式用體積流量代替油量，屬于層流(2)根據(jù)層流的性質(zhì)(3)6.混凝土排水管的水力半徑。當(dāng)水流均勻1公里時(shí)，水頭損失為1米，粗糙度系數(shù)。試著計(jì)算管道中的速度。解決方案：水力坡度謝

13、才系數(shù)用謝才公式代替7.溫度為的水通過直徑為的水管，并試圖判斷其流型。如果管道中的液體保持層流，應(yīng)該如何限制流動(dòng)？解決方案：=0.0101(1)區(qū)分流型因?yàn)?因此，屬于湍流(2)為了使管中的液體在層流中移動(dòng)，有必要也就是說，8.如果管道的速度突然從膨脹到，如果分成二次膨脹，當(dāng)取中間流時(shí)，局部水頭損失最小，此時(shí)的水頭損失是多少？與一次擴(kuò)張中的水頭損失相比。解決方案：一次膨脹過程中的局部水頭損失為：兩次擴(kuò)大的總局部水頭損失為：在確定的條件下，找到最小值：當(dāng)時(shí)，局部水頭損失最小，此時(shí)水頭損失為可以看出，局部水頭損失可以通過擴(kuò)大兩倍而減少一半。第五章回答1.定性繪制管道(短管)的總水頭線和壓力計(jì)的水頭線。v0=0壓力測量管的水頭線總水頭線v0=02.定性繪制棱柱形明渠水面曲線，并注明曲線名稱和流態(tài)。(每個(gè)渠道段都足夠長，且每個(gè)段的粗糙度相同)3.底寬b=10 m，水深h=3 m，邊