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水力学作业题参考答案n第第1 1章章 绪论绪论第第1 1章章 绪论绪论 作业作业n n1、密度为、密度为850kg/m3的某液体动力黏度为的某液体动力黏度为0.005Pas，其运动黏度为多少？，其运动黏度为多少？解：第第1章章 绪论绪论 作业作业n n2 2、0 0o oC C时，若使水的体积减小时，若使水的体积减小时，若使水的体积减小时，若使水的体积减小0.1%0.1%和和和和1%1%，压强应分，压强应分，压强应分，压强应分别增加多少？别增加多少？别增加多少？别增加多少？解：假定压强为解：假定压强为0.5MPa。第第1 1章章 绪论绪论 作业作业n n3 3、温度为、温度为、温度为、温度为1010o oC C、体积为、体积为、体积为、体积为2.5m2.5m3 3的水加热到的水加热到的水加热到的水加热到6060o oC C，体积增加了多少？体积增加了多少？体积增加了多少？体积增加了多少？解：解：n第第2 2章章 水静力学水静力学n n1 1、密闭水箱，压力表测得压强为、密闭水箱，压力表测得压强为、密闭水箱，压力表测得压强为、密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa4900Pa。压力表。压力表。压力表。压力表中心比中心比中心比中心比A A点高点高点高点高0.4m0.4m，A A点在液面下点在液面下点在液面下点在液面下1.5m1.5m。求液面绝。求液面绝。求液面绝。求液面绝对压强。对压强。对压强。对压强。第第2章章 水静力学水静力学 作业作业解：解：相对压强为：相对压强为：-5.89（kPa）绝对压强为：绝对压强为：98-5.89=92.11（kPa）n n2 2、水箱形状如图所示。底部有、水箱形状如图所示。底部有、水箱形状如图所示。底部有、水箱形状如图所示。底部有4 4个支座。试求底个支座。试求底个支座。试求底个支座。试求底面上总压力和面上总压力和面上总压力和面上总压力和4 4个支座的支座反力。个支座的支座反力。个支座的支座反力。个支座的支座反力。第第2章章 水静力学水静力学 作业作业不同之原因：不同之原因：总压力为底面水压力与面总压力为底面水压力与面积的乘积，为压力体积的乘积，为压力体。而支座反力与水。而支座反力与水体重量及箱体重力相平衡，而水体重量体重量及箱体重力相平衡，而水体重量为水的实际体积的重量为水的实际体积的重量。解：（解：（1）总压力：）总压力：（2）支反力：）支反力：n n3 3、多个、多个、多个、多个U U型水银测压计串联起型水银测压计串联起型水银测压计串联起型水银测压计串联起来成为多管测压计。可测量较来成为多管测压计。可测量较来成为多管测压计。可测量较来成为多管测压计。可测量较大的压强值。图中高程的单位大的压强值。图中高程的单位大的压强值。图中高程的单位大的压强值。图中高程的单位为为为为mm。试求水面的绝对压强。试求水面的绝对压强。试求水面的绝对压强。试求水面的绝对压强p pabsabs。第第2章章 水静力学水静力学 作业作业解：解：n n4 4、绘制题图中、绘制题图中ABAB面上的压强分布图面上的压强分布图 第第2章章 水静力学水静力学 作业作业解：解：第第2章章 水静力学水静力学 作业作业n n5 5、矩形平板闸门矩形平板闸门矩形平板闸门矩形平板闸门ABAB如图所示如图所示如图所示如图所示,A,A处设有转轴。已知闸门长处设有转轴。已知闸门长处设有转轴。已知闸门长处设有转轴。已知闸门长l l=3m=3m，宽，宽，宽，宽b b=2m=2m，形心点水深，形心点水深，形心点水深，形心点水深hc=3mhc=3m，倾角，倾角，倾角，倾角=45=45，忽略闸门，忽略闸门，忽略闸门，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力F FT T。解：解：n n6 6、矩形平板闸门，宽、矩形平板闸门，宽、矩形平板闸门，宽、矩形平板闸门，宽b=0.8mb=0.8m，高，高，高，高h=1mh=1m，若要求在当水深，若要求在当水深，若要求在当水深，若要求在当水深h h1 1超过超过超过超过2m2m时，闸门即可自动开启，转轴的位置时，闸门即可自动开启，转轴的位置时，闸门即可自动开启，转轴的位置时，闸门即可自动开启，转轴的位置y y应是多少？应是多少？应是多少？应是多少？第第2章章 水静力学水静力学 作业作业解：解：n n7 7、密闭盛水容器，已知、密闭盛水容器，已知、密闭盛水容器，已知、密闭盛水容器，已知h h1 1=60cm,h=60cm,h2 2=100cm=100cm，水银测压计，水银测压计，水银测压计，水银测压计读值读值读值读值h=60cmh=60cm。试求半径。试求半径。试求半径。试求半径R=0.5mR=0.5m的半球盖的半球盖的半球盖的半球盖ABAB所受总压力所受总压力所受总压力所受总压力的水平分力和铅垂分力。的水平分力和铅垂分力。的水平分力和铅垂分力。的水平分力和铅垂分力。第第2章章 水静力学水静力学 作业作业解：（1）确定半圆中心压强）确定半圆中心压强P0（kPa）（2）计算水平分量）计算水平分量Px（3）计算铅垂分力）计算铅垂分力Pzn第第3 3章章 水动力学水动力学第第3章章 水动力学水动力学 作业作业1 1、解：（解：（1）n n（2）二维运动，空间点的运动仅与、坐）二维运动，空间点的运动仅与、坐标有关；标有关；n n（3）为恒定流动，运动要素与无关；）为恒定流动，运动要素与无关；n n（4）非均匀流动。）非均匀流动。2 2、水管直径水管直径水管直径水管直径50mm50mm，末端阀门关闭时，压力表读数为，末端阀门关闭时，压力表读数为，末端阀门关闭时，压力表读数为，末端阀门关闭时，压力表读数为21kPa21kPa。阀门打开后读值降至阀门打开后读值降至阀门打开后读值降至阀门打开后读值降至5.5 kPa5.5 kPa，如不计水头损失，求通过的，如不计水头损失，求通过的，如不计水头损失，求通过的，如不计水头损失，求通过的流量。流量。流量。流量。第第3章章 水动力学水动力学 作业作业解：解：找到基准面找到基准面0-0，当阀门打开时，当阀门打开时，水流动，此时，从水流动，此时，从1-1到到2-2列能量方程列能量方程式中式中式中式中则则则则 3 3、变直径的管段、变直径的管段、变直径的管段、变直径的管段ABAB，直径，直径，直径，直径D DA A=0.2m=0.2m，D DB B=0.4m=0.4m，高差，高差，高差，高差h h=1.5m=1.5m。测得。测得。测得。测得p pA A=30kPa=30kPa ，p pB B=40kPa=40kPa，B B处断面平均流速处断面平均流速处断面平均流速处断面平均流速v vB B=1.5m/s=1.5m/s。试判断水在管中的流动方向。试判断水在管中的流动方向。试判断水在管中的流动方向。试判断水在管中的流动方向。解：解：找到基准面找到基准面第第3章章 水动力学水动力学 作业作业n n4 4、利用皮托管原理测量水管中的点速度。如、利用皮托管原理测量水管中的点速度。如、利用皮托管原理测量水管中的点速度。如、利用皮托管原理测量水管中的点速度。如读值读值读值读值h=60mm=60mm，求该点流速，求该点流速，求该点流速，求该点流速u u。第第3章章 水动力学水动力学 作业作业解：解：n n5 5、为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径、为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径、为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径、为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径D D1 1=200mm=200mm，流量计喉管直径流量计喉管直径流量计喉管直径流量计喉管直径D D2 2=100mm=100mm，石油密度，石油密度，石油密度，石油密度=850kg/m=850kg/m3 3，流量计流量系数，流量计流量系数，流量计流量系数，流量计流量系数=0.95=0.95。现测得水银压差计读数。现测得水银压差计读数。现测得水银压差计读数。现测得水银压差计读数h hp p=150mm=150mm，问此时管中流量，问此时管中流量，问此时管中流量，问此时管中流量QQ是多少。是多少。是多少。是多少。第第3章章 水动力学水动力学 作业作业n n6 6、水箱中的水从一扩散短管流到大气中，直径、水箱中的水从一扩散短管流到大气中，直径、水箱中的水从一扩散短管流到大气中，直径、水箱中的水从一扩散短管流到大气中，直径D D1 1=100mm=100mm，该处绝对压强该处绝对压强该处绝对压强该处绝对压强p p1 1=0.5=0.5大气压，直径大气压，直径大气压，直径大气压，直径D D2 2=150mm=150mm，试求水头，试求水头，试求水头，试求水头HH。水头损失忽略不计。水头损失忽略不计。水头损失忽略不计。水头损失忽略不计。第第3章章 水动力学水动力学 作业作业7 7、第第3章章 水动力学水动力学 作业作业1 11 12 22 2v2假设喷嘴对水流作用力为假设喷嘴对水流作用力为F F，方向向左。，方向向左。对水流喷嘴作用力为对水流喷嘴作用力为F FR R为为F F的作用力与反作用力。的作用力与反作用力。n第第5 5章章 水头损失水头损失n n1 1、水管直径、水管直径、水管直径、水管直径D=10cmD=10cm，管中流速，管中流速，管中流速，管中流速v=1m/sv=1m/s，水温，水温，水温，水温为为为为t=10t=10。试判别流态并求临界流速？。试判别流态并求临界流速？。试判别流态并求临界流速？。试判别流态并求临界流速？第第5章章 水头损失水头损失 作业作业1-31-3n n2 2、有一矩形断面的小排水沟，水深、有一矩形断面的小排水沟，水深、有一矩形断面的小排水沟，水深、有一矩形断面的小排水沟，水深h=15cmh=15cm，底宽底宽底宽底宽b=20cmb=20cm，流速，流速，流速，流速v=0.15m/sv=0.15m/s，水温，水温，水温，水温t=10t=10，试判别流态。试判别流态。试判别流态。试判别流态。第第5章章 水头损失水头损失 作业作业n n3 3、输油管的直径、输油管的直径、输油管的直径、输油管的直径D=150mmD=150mm，Q=16.3mQ=16.3m3 3/h/h，油的，油的，油的，油的运动粘度运动粘度运动粘度运动粘度=0.2cm=0.2cm2 2/s/s，试求每千米管长的沿程水，试求每千米管长的沿程水，试求每千米管长的沿程水，试求每千米管长的沿程水头损失。头损失。头损失。头损失。第第5章章 水头损失水头损失 作业作业解：解：n n4 4、自来水管长、自来水管长、自来水管长、自来水管长l=600ml=600m，直径，直径，直径，直径D=300mmD=300mm，旧铸铁管道，旧铸铁管道，旧铸铁管道，旧铸铁管道，通过流量通过流量通过流量通过流量Q=60mQ=60m3 3/h/h，试用穆迪图和海曾威廉公式分别，试用穆迪图和海曾威廉公式分别，试用穆迪图和海曾威廉公式分别，试用穆迪图和海曾威廉公式分别计算沿程水头损失计算沿程水头损失计算沿程水头损失计算沿程水头损失。第第5章章 水头损失水头损失 作业作业A A A A、穆迪图法、穆迪图法、穆迪图法、穆迪图法5-15-1e ee/D=1.2/300=0.004e/D=1.2/300=0.0041212）B、海曾威廉公式法、海曾威廉公式法查表查表5-4，取，取 CHW=95，算得相对粗糙，算得相对粗糙 计算沿程水头损失计算沿程水头损失第第5章章 水头损失水头损失 作业作业n n9 9、输水管道中设有阀门，已知管道直径为、输水管道中设有阀门，已知管道直径为、输水管道中设有阀门，已知管道直径为、输水管道中设有阀门，已知管道直径为D=50mmD=50mm，通，通，通，通过流量为过流量为过流量为过流量为Q=3.34L/sQ=3.34L/s，水银压差计读值，水银压差计读值，水银压差计读值，水银压差计读值h=150mmh=150mm，沿程，沿程，沿程，沿程水头损失不计，试求阀门的局部损失系数。水头损失不计，试求阀门的局部损失系数。水头损失不计，试求阀门的局部损失系数。水头损失不计，试求阀门的局部损失系数。n n1313、水管直径为、水管直径为、水管直径为、水管直径为D=50mmD=50mm，两测点间相距，两测点间相距，两测点间相距，两测点间相距l=15ml=15m，高差，高差，高差，高差3m3m，通过流量，通过流量，通过流量，通过流量Q=6L/sQ=6L/s，水银压差计读值为，水银压差计读值为，水银压差计读值为，水银压差计读值为h=h=250mm250mm，试求管道的沿程阻力系数。，试求管道的沿程阻力系数。，试求管道的沿程阻力系数。，试求管道的沿程阻力系数。第第5章章 水头损失水头损失 作业作业n n1414、两水池水位恒定，已知管道直径两水池水位恒定，已知管道直径两水池水位恒定，已知管道直径两水池水位恒定，已知管道直径D D=100mm=100mm，管长，管长，管长，管长l l=20m=20m，沿程阻力系数，沿程阻力系数，沿程阻力系数，沿程阻力系数=0.042=0.042，弯管和阀门的局部损失系，弯管和阀门的局部损失系，弯管和阀门的局部损失系，弯管和阀门的局部损失系数数数数 弯弯弯弯=0.8=0.8，阀阀阀阀=0.26=0.26，通过流量，通过流量，通过流量，通过流量Q Q=65L/s=65L/s，试求水池水面高，试求水池水面高，试求水池水面高，试求水池水面高差差差差HH。第第5章章 水头损失水头损失 作业作业解：解：列列1-1、2-2两断面的伯努利方程两断面的伯努利方程则则(课本后的答案为课本后的答案为43.9m)n n1515、自水池中引出一根具有三段不同直径的水管，已自水池中引出一根具有三段不同直径的水管，已自水池中引出一根具有三段不同直径的水管，已自水池中引出一根具有三段不同直径的水管，已知直径知直径知直径知直径d d=50mm=50mm，D D=200mm=200mm，长度，长度，长度，长度L L=100m=100m，水位，水位，水位，水位HH=12m=12m，沿程摩阻系数为，沿程摩阻系数为，沿程摩阻系数为，沿程摩阻系数为=0.03=0.03，局部损失系数，局部损失系数，局部损失系数，局部损失系数 阀阀阀阀=5.0=5.0，试求通过水管的流量并绘总水头线及测压管水，试求通过水管的流量并绘总水头线及测压管水，试求通过水管的流量并绘总水头线及测压管水，试求通过水管的流量并绘总水头线及测压管水头线。头线。头线。头线。第第5章章 水头损失水头损失 作业作业解：以解：以0-0截面为基准面，列截面为基准面，列1-1、2-2截面的伯努利方程截面的伯努利方程则则由连续方程可得由连续方程可得，代入上式，得，代入上式，得总水头线总水头线总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线测压管水头线测压管水头线n第第6 6章章 有压管流有压管流n n1 1、虹吸管将、虹吸管将、虹吸管将、虹吸管将 A A池中的水输入池中的水输入池中的水输入池中的水输入 B B池，已知两池水面高差池，已知两池水面高差池，已知两池水面高差池，已知两池水面高差 H=2mH=2m，水管的最大超高，水管的最大超高，水管的最大超高，水管的最大超高h=1.8mh=1.8m，管道长度分别为，管道长度分别为，管道长度分别为，管道长度分别为 l l1 1=3m,=3m,l l2 2=5m,=5m,管径管径管径管径D=75mmD=75mm，沿程阻力系数，沿程阻力系数，沿程阻力系数，沿程阻力系数=0.02=0.02，局部阻力系，局部阻力系，局部阻力系，局部阻力系数：进口数：进口数：进口数：进口 enen0.50.5，转弯，转弯，转弯，转弯 b b0.20.2，出口，出口，出口，出口 exex1 1。试求流量。试求流量。试求流量。试求流量QQ及管道最大超高断面的真空度及管道最大超高断面的真空度及管道最大超高断面的真空度及管道最大超高断面的真空度h hv v。第第6章章 有压管流有压管流 作业作业解：简单短管道水力计算特点，应用公式有解：简单短管道水力计算特点，应用公式有:列断面列断面0-00-0、1-11-1伯努利方程伯努利方程又又 n n2 2、由水塔向水车供水，由一、由水塔向水车供水，由一、由水塔向水车供水，由一、由水塔向水车供水，由一直径直径直径直径D=150mmD=150mm，长，长，长，长l=80m,l=80m,沿沿沿沿程阻力系数程阻力系数程阻力系数程阻力系数=0.03=0.03的管道供水，的管道供水，的管道供水，的管道供水，该管道中共有两个闸阀和该管道中共有两个闸阀和该管道中共有两个闸阀和该管道中共有两个闸阀和4 4个个个个9090弯头，闸阀全开时局部阻力弯头，闸阀全开时局部阻力弯头，闸阀全开时局部阻力弯头，闸阀全开时局部阻力系数系数系数系数 a a=0.12=0.12，弯头局部阻力系，弯头局部阻力系，弯头局部阻力系，弯头局部阻力系数数数数 b b=0.48=0.48。水车的有效容积。水车的有效容积。水车的有效容积。水车的有效容积V V为为为为25m25m3 3，水塔具有水头，水塔具有水头，水塔具有水头，水塔具有水头H=18mH=18m，试求水车充满水所需的最短，试求水车充满水所需的最短，试求水车充满水所需的最短，试求水车充满水所需的最短时间时间时间时间t t。第第6章章 有压管流有压管流 作业作业1 11 12 22 2解：列水塔液面及管道出流断面的伯努利方程解：列水塔液面及管道出流断面的伯努利方程n n4 4、自密闭容器经两段串联管道输水，已知压力表、自密闭容器经两段串联管道输水，已知压力表、自密闭容器经两段串联管道输水，已知压力表、自密闭容器经两段串联管道输水，已知压力表读值读值读值读值p pMM=0.1MPa=0.1MPa，水头，水头，水头，水头H=2mH=2m，管长，管长，管长，管长l l1 1=10m=10m，l l2 2=20m=20m，直径，直径，直径，直径d d1 1=100mm=100mm，d d2 2=200mm=200mm，沿程阻力，沿程阻力，沿程阻力，沿程阻力系数系数系数系数 1 1=2 2=0.03.=0.03.试求流量并绘总水头线和测压管试求流量并绘总水头线和测压管试求流量并绘总水头线和测压管试求流量并绘总水头线和测压管水头线。水头线。水头线。水头线。第第6章章 有压管流有压管流 作业作业解：可将本题看成简单长管串联的水力计算，不计流速水解：可将本题看成简单长管串联的水力计算，不计流速水头和局部水头损失。则作用水头头和局部水头损失。则作用水头注：课本答案为注：课本答案为58L/s，可能存在错误。，可能存在错误。由于不计由于不计流速水头和局部水头损失，故其总水头线流速水头和局部水头损失，故其总水头线与测压管水头线重合，并且坡度沿流程不变的直线。与测压管水头线重合，并且坡度沿流程不变的直线。具体结果如下图所示。具体结果如下图所示。n n6 6、工厂供水系统，由水塔向、工厂供水系统，由水塔向、工厂供水系统，由水塔向、工厂供水系统，由水塔向A A、B B、C C三处供水，管道均为三处供水，管道均为三处供水，管道均为三处供水，管道均为铸铁管。已知流量分别为铸铁管。已知流量分别为铸铁管。已知流量分别为铸铁管。已知流量分别为QQc c=10L/s=10L/s，q qB B=5L/s=5L/s，q qA A=10L/s=10L/s，各管段长各管段长各管段长各管段长l l1 1=350m=350m，l l2 2=450m=450m，l l3 3=100m=100m，各段直径，各段直径，各段直径，各段直径d d1 1=200mm=200mm，d d2 2=150mm=150mm，d d3 3=100mm=100mm，场地整体水平，试求水塔底部，场地整体水平，试求水塔底部，场地整体水平，试求水塔底部，场地整体水平，试求水塔底部出口压强。出口压强。出口压强。出口压强。qB第第6章章 有压管流有压管流 作业作业解：属简单长管道的水力计算，不计流速水头和局部水头损失。解：属简单长管道的水力计算，不计流速水头和局部水头损失。Q1=qA+qB+QC=10+5+10=25L/s Q2=qB+QC=5+10=15L/s Q3=QC=10L/s H=a1l1Q12+a2l2Q22+a3l3 Q3 2 各管段的曼宁公式比阻由表各管段的曼宁公式比阻由表6-1查得，代入上式查得，代入上式 H=9.33500.0252+434500.0152+3751000.012=10.1mn n7 7、在长为在长为在长为在长为2l2l，直径为，直径为，直径为，直径为D D的管道上，并联一根直径相同，长为的管道上，并联一根直径相同，长为的管道上，并联一根直径相同，长为的管道上，并联一根直径相同，长为l l的支管（图中虚线）。若水头的支管（图中虚线）。若水头的支管（图中虚线）。若水头的支管（图中虚线）。若水头HH不变，不计局部损失，试求不变，不计局部损失，试求不变，不计局部损失，试求不变，不计局部损失，试求并联支管前后的流量比。并联支管前后的流量比。并联支管前后的流量比。并联支管前后的流量比。第第6章章 有压管流有压管流 作业作业解：本题属简单管道的水力计算。并联前：解：本题属简单管道的水力计算。并联前：并联后：并联后：又有又有n第第7 7章章 明渠流动明渠流动n n1 1、梯形断面土渠，底宽、梯形断面土渠，底宽、梯形断面土渠，底宽、梯形断面土渠，底宽b b3m3m，边坡系数，边坡系数，边坡系数，边坡系数mm2 2，水深，水深，水深，水深h=1.2mh=1.2m，底坡，底坡，底坡，底坡i=0.0002i=0.0002，渠道受到中等养护，粗糙系渠道受到中等养护，粗糙系渠道受到中等养护，粗糙系渠道受到中等养护，粗糙系数数数数n=0.025n=0.025，试求通过流量，试求通过流量，试求通过流量，试求通过流量QQ。第第7章章 明渠流动明渠流动 作业作业解：解：n n2 2、修建混凝土砌面的矩形渠道，要求通过流量、修建混凝土砌面的矩形渠道，要求通过流量、修建混凝土砌面的矩形渠道，要求通过流量、修建混凝土砌面的矩形渠道，要求通过流量Q=9.7mQ=9.7m3 3s s，底坡，底坡，底坡，底坡 i=0.001 i=0.001，粗糙系数，粗糙系数，粗糙系数，粗糙系数n=0.013n=0.013，试按水力最优断面设计，试按水力最优断面设计，试按水力最优断面设计，试按水力最优断面设计断面尺寸。断面尺寸。断面尺寸。断面尺寸。第第7章章 明渠流动明渠流动 作业作业解：解：对矩形断面，水力最优断面满足对矩形断面，水力最优断面满足有有迭代法迭代法n n3 3、修建梯形断面渠道，要求通过流量、修建梯形断面渠道，要求通过流量、修建梯形断面渠道，要求通过流量、修建梯形断面渠道，要求通过流量QQ1m1m3 3/s/s，渠道，渠道，渠道，渠道边坡系数边坡系数边坡系数边坡系数m=1.0m=1.0，底坡，底坡，底坡，底坡i=0.0022i=0.0022，粗糙系数粗糙系数粗糙系数粗糙系数n n0.030.03，试按不冲允许流速试按不冲允许流速试按不冲允许流速试按不冲允许流速v vmaxmax=0.8m/s=0.8m/s，设计断面尺寸。，设计断面尺寸。，设计断面尺寸。，设计断面尺寸。第第7章章 明渠流动明渠流动 作业作业解：解：有有 得得有有 即有即有 解得：解得：谢谢观赏谢谢观赏