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2015水力学第五次作业论述题


1、流线和迹线的区别和联系是什么? 答: (1)区别:迹线是单个液体质点在某一时段内不同时刻的流动轨迹线;流线是 同一瞬时由连续的一系列液体质点所构成的流动方向线。 (2)联系:恒定流时,流线与迹线重合。 2、简述过水断面上单位重量流体的平均总机械能 E(断面总能)与断面比能 e 的区别与 联系。 答: (1)基准面不同 断面总能 E:是以某一个水平面为基准面计算的单位重量液体所

具有的机械能,水平 面可任取,但同一题目必须是同一基准面; 断面比能 e: 是以断面最低点所在的水平面为基准面计算的单位重量液体所具有的机 械能,水平面不能任意选取,且一般情况下同一题目不同的过水断面基准面不同。 (2)沿流程变化率不同 E 沿流程总是减小,即 恒小于零; e 则可以沿流程上升、下降或不变,即 可>0,<0,=0 3、何为连续介质模型?水力学研究中引入连续介质模型的可行性和必要性是什么? 答:连续介质模型:假设液体是一种充满其所占据空间的毫无空隙的连续体。 引入可能性:水力学所研究的,是液体在外力作用下的机械运动,而不研究其微观 运动。在常温下,水相邻分子间的距离与我们所要研究的液流特征尺度相比是极其微小 的。 引入必要性:有了连续介质假设,就可以摆脱分子运动的复杂性,在研究液体的宏 观运动时,就可以将液体视为均匀的连续体,其每个空间点和每个时刻都有确定的物理 量,且都是空间和时间坐标的连续函数。这样,我们就可以运用连续函数的方法来分析 液体的平衡和运动的规律。 4、简述明渠均匀流的形成条件和特征。 答:明渠均匀流的形成条件:根本(力学)条件:重力沿流向的分量=边壁摩阻力

具体条件:①.水流应为恒定流;②.流量沿程不变;③.渠道必须是长而直的棱柱形顺坡 渠道;④.糙率 n 沿程不变;⑤.渠道中无建筑物的局部干扰。 明渠均匀流的水力特征为:①.等深流动:h1=h2=h;②.等速流动:V1=V2=V;③.总 水头线 // 水面线 // 渠底线,J=Jp=i。 5、简述雷诺数 Re、弗劳德数 Fr 的物理意义。 答: (1)雷诺数的力学意义:表征惯性力作用与粘性力作用的对比; (2)弗劳德数的力学意义:表征惯性力作用与重力作用的对比; (3)弗劳德数的能量意义:表征断面平均动能的二倍与断面平均势能的比值。 6、何为长管?何为短管? 答:是根据管路中沿程水头损失加流速水头与局部水头损失所占的比重分为长管、 短管。 (1)长管:水头损失以 hf 为主,(局部损失和速度水头)在总损失中所占比重很小, 可忽略不计或可按 hf 的百分数计算的管道。 (2)短管:局部损失和速度水头在总损失中占有一定的比重,计算时不能忽略的管 道。 7、正常工作条件下,作用水头、面积相同的孔口和圆柱型外管嘴的出流能力是否相同? 为什么? 答:正常工作条件下,作用水头、面积相同的孔口和圆柱型外管嘴的出流能力不同, 管嘴出流大于孔口出流,其原因是圆柱型外管嘴的收缩断面处出现真空,加大了出流能 力 1、管轴高程沿流向增大的等直径管道,其管轴压强沿流向(B:减小) 2、粘滞底层厚度δ 比绝对粗糙度Δ 小得多的壁面称为(D:以上答案均不对) 3、发生水跃的充分必要条件是(D:从急流过渡到缓流) 4、对于并联长管道,每根管道的(C:沿程水头损失相等) 5、圆管层流过流断面上切应力分布为(B:管轴处是零,且与半径成正比)

8、虹吸管将 A 池中的水输入 B 池,已知长度=3m,=5m,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λ =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的真空度。

9、由水库引水,先用长=25m,直径 d1=75mm 的管道将水引至贮水池中,再由长=150m,直径 d2=50mm 的管道将 水引至用水点。已知水头 H=8m,沿程阻力系数λ 1=λ 2=0.03,阀门局部阻力系数 Kv=3,试求:流量 Q 和水面高差 h。 已 已知 知: : l1 =25m,d1=75mm, l 2 =150m,d2=50mm,H=8m,λ1=λ2=0.03,Kv=3,Ke=0.5,Ko=1.0。 解 解析 析: :(1) 各管段阻抗分别为

8(?1 S H1 ?

l1 ? ? K ) 8 ? (0.03? 25 ? 0.5 ? 1.0) d1 0.075 ? ? 3.0 ?104 s 2 /m 5 2 4 2 4 ? d1 g 3.14 ? 0.075 ? 9.81 l2 ? ? K ) 8 ? (0.03? 150 ? 0.5 ? 3 ? 1.0) d2 0.05 ? ? 1.25?106 s 2 /m 5 2 4 2 4 ? d2 g 3.14 ? 0.05 ? 9.81

8(?2 S H2 ?
总阻抗

SH ? SH1 ? SH2 ? 3.0 ?104 ? 1.25?106 ? 1.28?106 s 2 /m5

列水库水面至用水点之间的伯努利方程,基准面取在出水口处,得

H ? hw ? SHQ 2


Q?

H 8 .0 ? ? 2.5 ? 10 ?3 m 3 /s SH 1.28 ? 10 6

10、两水箱用一直径为 d1=40mm 的薄壁孔口连通,下水箱底部又接一直径为 d2=30mm 的圆柱形管嘴,长为=100mm, 若上游水深 H1=3m 保持恒定,求流动稳定后的流量 Q 和下游水深 H2。 已 已知 知: :d1=40mm,d2=30mm,H1=3m, l =100mm,取 μ1=0.62,μ2=0.82。 解 解析 析: :由孔口及管嘴出流计算式,得

1 Q1 ? ? d12 ?1 2 g ( H 1 ? H 2 ) 4 1 2 Q2 ? ? d 2 ?2 2g (H 2 ? l) 4
2 由 Q1 ? Q2 ? Q ,有 d12 ?1 2g ( H1 ? H 2 ) ? d 2 ?2 2 g ( H 2 ? l )

上式两边同时平方,整理后得

H2 ?

4 2 d14 ?12 H1 ? d 2 ?2 l 0.044 ? 0.622 ? 3 ? 0.034 ? 0.822 ? 0.1 ? ? 1.9 m 4 2 d14 ?12 ? d 2 ?2 0.044 ? 0.622 ? 0.034 ? 0.822

1 Q ? Q1 ? ? d12 ?1 2 g ( H1 ? H 2 ) 4 1 ? ? 3.14? 0.042 ? 0.62? 2 ? 9.81? (3 ? 1.9) ? 3.62?10?3 m 3 /s 4
11、 用虹吸管将钻井中的水输送到集水井, 已知虹吸管全长 60m, 直径 200mm, 虹吸管为钢管, 沿程阻力系数λ =0.012,
管道进口、弯头和出口的局部阻力系数分别为 Ke=0.5,Kb=0.5,Ko=1.0,水位差 H=1.5m,试求虹吸管的流量。 已 已知 知: :l =60m,d=200mm,λ=0.012,Ke=0.5,Kb=0.5, 解 解析 析: :列上下游水面间的伯努利方程,基准面取在下 Ko=1.0,H=1.5m。 游水面上,得

H ? (?

l u2 ? ? K) d 2g



u?

2 gH 2 ? 9.81?1.5 ? ? 2.20 m/s l 60 ? ??K 0.012? ? 0.5 ? 0.5 ? 2 ? 1.0 d 0.2

流量为

1 1 Q ? ? d 2 u ? ? 3.14 ? 0.2 2 ? 2.20 ? 0.069 m 3 /s 4 4


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