电大期末考试最新备考题库水力学B形成性考核册答案.docx
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电大期末考试最新备考题库水力学B形成性考核册答案
水力学作业B
(第1、2章)
一、作图题(每小题5分,共计10分)
1.试绘制图中AB面上的静水压强分布图
2.试绘制图中曲面ABC上的水平方向静水压强分布图及压力体图
题5–1题5-2
二、计算题(共4题,计50分)
1.如图所示,平板在水面上作水平运动,速度为v=10cm/s,平板与下部固定底板的距离为δ=1mm,平板带动水流运动速度呈直线分布,水温为20C,试求:
作用平板单位面积上的摩擦力。
(12分)
解:
因为水流运动速度呈直线分布,则流速梯度为常数,即:
du/dy=0.1/0.001=100
查表1-1,温度为20℃时水的动力粘滞系数为:
μ=1.002×10-3N·s/m2
根据牛顿内摩擦定律,平板单位面积上的摩擦力为:
τ=μ×(du/dy)=1.002×10-3×100=0.1002N
2.图示为复式比压计,各点的高度如图所示,已知油的密度为ρ油=800kg/m3,水银的密度为水的密度13.6倍,求A,B两点的压强差。
(12分)
解:
图中等压面为C-C,D-D,E-E。
计算如下:
PC=PA+ρ水g×0.5
PD=PC–ρ汞g×0.2
PE=PD+ρ油g×0.3
PB=PE–ρ水g×0.6–ρ汞g×0.4
PB=PA+ρ水g×0.5–ρ汞g×0.2+ρ油g×0.3–ρ水g×0.6–ρ汞g×0.4
PA–PB=ρ水g×0.1+ρ汞g×0.6–ρ油g×0.3
=1×9.8×0.1+13.6×1×9.8×0.6–0.8×9.8×0.3
=78.596KN/m2
3.如图所示矩形挡水闸AB,已知水深h=3m,板的宽b=2.5m,求作用在矩形平板AB上的静水总压力大小以及作用点处的水深。
(12分)
解:
依题意作用在闸门AB上的静水总压力FP应为:
Fp=pcA=ρghcA=pg(h/2)×hb=1/2×pgh2b
=1/2×1×9.8×32×2.5=110.25KN
静水总压力Fp的作用点为:
即总压力的作用点位于水面下2米处。
4.图示为溢流坝上的弧型闸门。
已知R=6m,弧门宽B=5m,α=60°,试求:
(1)作用在弧型闸门上的静水总压力。
(10分)
(2)静水总压力作用点hD的位置。
(4分)
解:
(1)计算水平分力:
计算垂直分力:
垂直分力等于压力体eabB的水重。
长方形abce面积=ae×ec=4×(6-6×cos60o)=12m2
扇形eoB的面积=(60/360)×π×R2=(1/6)×3.14×62=18.84m2
三角形coB的面积=(1/2)×Bc×co=(1/2)×6sin60o×6cos60o=7.79m2
压力体eabB的体积=(12+18.84-7.79)×5=115.25m3
所以,垂直分力Fpz=pgv=1×9.8×115.25=1129.5KN(反向向上)
闸门上的静水总压力
(2)Fp和水平线的夹角为β,
∴β=33.90o
因为曲面是圆柱面的一部分,各点压强都垂直于圆柱面,且同通过圆心O点,所以总压力Fp的作用线必通过O点,Fp的作用点距水平面的距离:
hD=4+Rsinβ=4+6sin33.90o=7.35m
电大天堂【水力学(B)】形考作业二:
(第3、4章)
一、问答题(每小题5分,共计10分)
1、有人说“均匀流一定是恒定流”,这种说法是否正确?
为什么?
答:
这种说法是错误的,均匀流不一定是恒定流。
因均匀流是相对于空间而言,即运动要素沿流程不变,而恒定流是相对于时间而言,即运动要素不随时间而变。
两者判别标准不同。
2、根据尼古拉兹实验,简单叙述沿程水头损失系数λ在不同流态的变化规律。
答:
通过尼古拉兹实验可以发现:
在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比;在层流到紊流过渡区,λ仅是Re的函数;在紊流光滑区λ=f1(Re);过渡区λ=f2(Re,△/d);粗糙区λ=f3(△/d),紊流粗糙区又称为阻力平方区。
二、计算题(共5题,计56分)
1、管道直径d=10mm,通过流量Q=20cm3/s,运动粘度ν=0.0101cm2/s。
问管中水流流态属层流还是紊流?
若将直径改为d=30mm,水温、流量不变,问管中水流属何种流态?
(8分)
解:
(1)∵运动粘度ν=0.0101cm2/s,而管道截面积A=πd2/4,
=Q/A,
则管道流动的雷诺数:
∴管道水流为紊流。
(2)∵管道流动的雷诺数
,故可知水温、流量不变,管径扩大3倍后的雷诺数
∴将直径改为d=30mm,水温、流量不变,管中水流是层流。
2、图示水箱一侧有一向上开口的短管,箱内水位恒定,水通过管嘴向上喷射。
若管嘴出口至水箱水面的高度h=5m,管嘴局部水头损失系数ζ=0.2,取动能校正系数α=1。
求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。
(12分)
解:
(1)以管嘴出口为基准面,对水面1和管嘴出口2列能量方程,得:
由h=5m,ζ=0.2,α=1得
=9.04m/s
(2)以管嘴出口为基准面,管嘴出口2和水面3列能量方程,得:
由
=9.04m/s,α=1得
3、已知如图所示的文丘里管流量计,管的直径d1=5cm,d2=2cm,1断面与喉管断面的测压管水头差为Δh=5cm,如果文丘里管流量计流量修正系数μ=0.98,求管路中通过流量Q为多少?
(不计水头损失)(12分)
解:
计算文丘里管常数:
管路中通过的流量:
4、某水平管路的直径d1=7.5cm,管内流速v1=0.70m/s,管路末端接一渐缩喷嘴通入大气(如图)。
喷嘴出口直径d2=2.0cm,用压力表测得管路与喷嘴接头处压强p=49kN/m2,求水流对喷嘴的水平作用力F(取动量校正系数为1) (12分)
x
解:
取管路1-1断面和管嘴2-2断面为计算断面,根据连续方程得:
对喷嘴建立x方向的动量方程,β=1得:
pA1–F′=βρQ(v2x–v1x)
F′=pA1–βρQ(v2–v1)=49×(1/4)×3.14×0.0752-1×1×0.0031×(2.625-0.7)
=0.21KN
水流对喷嘴的水平作用力F与F′大小相等,方向相反。
5、有一浆砌块石的矩形断面渠道,宽b=6m,当Q=14.0m3/s时,渠中均匀水深h=2m,糙率n=0.025,试求500m长渠道中的沿程水头损失。
(12分)
解:
计算渠道断面水力要素:
过流断面面积A=bh=6×2=12m2
湿周χ=b+2h=6+2×2=10m
水力半径
根据舍齐公式,沿程水头损失:
电大天堂【水力学(B)】形考作业三:
(第5、6、7章)
四、问答题(每小题4分,共计8分)
1、简述明渠均匀流的特征。
书本P148面
2、判别明渠水流的流态有哪几种方法?
答:
有四种方法:
(1)用弗德德数判别
(2)用微波波速判别(3)用临界水深判别(4)用临界流速判别
五、作图题(共2题,计8分)
1、定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线。
2、定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线,并注明曲线名称及流态。
(各渠段均充分长,各段糙率相同)
(a)(b)
三、计算题(共6题,计58分)
1、图示用直径d=0.4m的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌溉渠道引水,河道水位为120m,灌溉渠道水位118m,虹吸管各段长度为l1=10m,l2=5m,l3=12m,虹吸管进口安装无底阀的滤网(ζ=2.5),管道有两个60o的折角弯管(ζ=0.55)。
(12分)
求:
(1)通过虹吸管的流量。
(2)当虹吸管内最大允许真空值hv=7.0m时,虹吸管的最大安装高度。
解:
(1)虹吸管的出口淹没在水面以下,当不计行近流速时,可按照淹没出流公式来计算流量。
先计算管道流量系数:
虹吸管的流量:
(2)虹吸管的最大真空发生在管道的最高位置。
即B—B断面。
以上游河面为基准面,对断面0—0和断面B—B建立能量方程:
其中,
,v=Q/A=0.35/(3.14×0.22)=2.79m/s,取α=1.0,v0≈0,代入得则:
式中
是断面B—B的真空值,它满足
故虹吸管的最大安装高度:
2、底宽b=1.5m的矩形明渠,通过的流量为Q=1.5m3/s,已知渠中的水深h=0.4m,则判断该处水流的流态。
(7分)
解:
求临界水深hk:
q=Q/b=1.5/1.5m3(s·m)=1m3(s·m)
用临界水深判别:
ho3、已知底宽为b=6m的矩形渠道中,临界水深为hk=1.37m,求渠道内通过的流量Q。
(7分)
解:
根据矩形断面明渠临界水深公式,求矩形断面的单宽流量:
q=5.021m3(s·m)
所以,Q=qb=5.02×6=30.12m3/s
4、有一混凝土护面的梯形渠道,底宽b=10m,正常水深h=3m,边坡为1:
1,底坡i=0.001,糙率n=0.014。
如流动在紊流粗糙区,求谢才系数C和均匀流的Q流量。
(10分)
解:
计算梯形断面的水力要素:
A=(b+mh)h=(10+1×3)×3=39m2
R=A/χ=2.11m
故,
5、有一矩形断面混凝土渡槽(n=0.014),底宽b=1.5m,槽长L=116.5m。
进口处槽底高程▽=52.06m,当通过设计流量Q=7.65m3/s时,槽中均匀流水深h0=1.7m,试求渡槽出口的底高程▽2?
(10分)
解:
计算矩形断面的水力要素:
渡槽断面面积:
A=bh0=1.5×1.7=2.55m2
湿周:
x=b+2h0=1.5+2×1.7=4.9m
水力半径:
R=A/x=0.52
舍弃系数:
根据明渠均匀流公式,计算i
i=Q2/A2C2R=7.652/
2×2.552×0.52=0.0042
=52.06—0.0042×116.5=51.57m
6、在矩形断面水平渠道中设一平板闸门,如图所示,闸门与渠道同为宽度b=4m,闸孔出流量Q=12m3/s,闸下收缩断面水深hc=0.4m,产生水跃与下游水流衔接,下游水深ht=1.4m,求跃前水深并判别水跃发生的位置。
(12分)
解:
(1)跃前水深
求临界水深hk
因为ht>hk,所以下游水流是缓流。
根据能量方程,以渠道底为基准面,对断面1–1和t–t建立能量方程。
忽略行进水头,则
=0,取
,不计水头损失。
求得H=1.6m.
(2)判别水跃发生的位置
先求收缩断面水深hc的共轭水深hc’’
因为ht电大天堂【水力学(B)】形考作业四:
(第7、8章)
三、问答题(每小题4分,共计12分)
1、简述堰的分类和相应的水流运动特征。
详见P206,堰流的分3类:
1、薄壁堰流2、实用堰流3、宽顶堰流
2、简述泄水建筑物下游有哪几种消能形式和它们的特点。
详见P227,泄水建筑物下游有3种消能形式1、底流消能与衔接2、挑流消能与衔接3、面流消能与衔接
3、建立渗流模型应遵循哪些原则?
详见P242,
(1)
(2)(3)
(1)通过渗流模型的流量必须和实际渗流的流量相等。
(2)对同一作用面,从渗流模型得出的动水压力,应当和真实渗流动水压力相等。
(3)渗流模型的阻力和实际渗流应相等,也就是说水头损失应该相等。
四、计算题(共5题,计60分)
1、、有一5孔WES型实用堰。
每孔净宽b=8.0m,堰高P=50m,堰顶设计水头H=3.2m,溢流堰下接远离式水跃。
已知WES型实用堰的设计流量系数md=0.502,侧收缩系数ε=0.96,(10分)
(1)求实用堰的设计流量Qd,
(2)如果实测堰顶设计水头H=4.0m,过堰流量Q为500m3/s,试求流量系数
解:
(1)P/H=50/3.2=15.6>1.33是高堰,且溢流堰下接远离式水跃,为非淹没,实用堰的流量,σs=1,得:
Qd=σsεmdnb
=1×0.96×0.502×5×8×
=488.52m3/s
(2)当H=4.0m,Q=500m3/s时,P/H=50/4=15.6>1.33是高堰,为非淹没,实用堰σs=1,得:
Q=σsεmnb
500=1×0.96×m×5×8×
求得:
m=0.368
2、某平底坎水闸,共有10孔,采用平板闸门,每孔宽度为b=4m,闸门开度e=2m,下游水深ht=3m,当通过闸孔的流量Q=470m3/s时,求闸前水头为多少?
(8分)
解:
忽略行进水头,先假设闸孔为自由出流,
,Q=470m3/s,代入闸孔出流基本计算公式
求得H
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集中谈论爱情的,却又不仅仅只涉及爱情,更能让人看透很多人际交往中的真相,明白一些生活的实质。
书的作者是个男的,感觉他是个有趣的人,不毒舌,也不迎合,常摆出一副“你喜不喜欢我都很正常”的样子,我反而觉得他这种真实随性的个性很难得,三观也正。
妈妈再也不担心我在恋爱里受苦了,对于曾经在恋爱中纠结的那些小情绪,那些揪着不放甚至导致不愉快分手的没必要的事情,我已经学会释然了。
总而言之,看这本书有一种打通任通八脉的感觉,很实用,很值得学习。
如今,对象夸我比以前懂事多了,但我才不会告诉他我是因为看了这本书才摆正心态、做出改变的,让我在感情和生活中少走了不少弯路,哈哈。
(最后,感谢我的好闺蜜晶晶把这本好书分享给我。
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所以我也用这种特殊的方式把好东西分享给更多人。
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3、如图所示,在溢流坝下游收缩断面hc=0.315m,溢流坝单宽流量q=2.45m2/s。
已知下游水深ht=1.5m。
(1)试判别是否需要修建消力池?
(2)如需修建消力池,不考虑挖深影响(hc不变)和出池水面跌落Δz,试设计挖深式消能池的池深d,消力池水跃淹没系数取σ’=1.1。
(12分)
解:
(1)判别闸下水跃形式
∵
∴产生远驱式水跃
所以下游需要建消力池
(2)设计池深
4、一矩形断面陡槽,如图所示,槽宽b=5m,下接一个宽度相同的缓坡明槽,当通过的流量Q=20m3/s时,陡槽末端水深h1=0.5m,下游水深ht=1.80m,试判别水跃的衔接形式。
如果水跃从1一1断面开始发生,所需下游水深应为多少?
(10分)
解:
解:
(1)判别陡槽水跃衔接形式
求单宽流量
q=Q/b=20/5=4m3/s·m
∵
∴产生远驱式水跃
(2)如果水跃从1一1断面开始发生,这种衔接为临界水跃衔接,所需下游水深
5、直径
的圆柱形滤水器,滤水层由均匀砂组成,厚1.5m,渗透系数
=0.013cm/s,求在H=0.6m的恒定流情况下,滤水器的渗流流量Q。
(10分)
解:
水力坡度J=hw/L=0.6/1.5=0.4
6、以重力相似原则设计的某水工模型,长度比尺λl=25;若原型中闸孔收缩断面处的平均流速vp=7.5m/s,坝高PP=50m,则确定模型中相应收缩断面处的平均流速和vm和坝高Pm。
如果原型中过闸流量Qp=3000m3/s,则模型中相应的流量为Qm为多少?
(10分)
解:
(1)确定模型中相应收缩断面处的平均流速vm
(2)确定模型坝高Pm。
采用正态模型,坝高比尺
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