长理城南水利计算题复习Word下载.docx
《长理城南水利计算题复习Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《长理城南水利计算题复习Word下载.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
z=0.00016,今通过流^Q=30niy/s时作均匀流动,如取断而宽深比“=儿=3。
试求该渠道的断面尺寸b和几。
12、某居民小区内有一段水平埋宜的新铸铁引水管,已知管径为20cm,管长1000m,若管道的当量粗糙度为0.35mm,管内水温为10°
C(相应的运动粘性系数u=1.31xlO"
肿/s),当通过流量Q=63x1(T%3/£
时,试计算:
(1)该段管道的总水头损失(不计局部损失);
(2)若该管道末端处用户的水压力要求不能小于首端处的水压力,问至少需增加多大功率的水泵辅助?
(14分)(下而表格中的数据供取值参考)
兄值取值参考表
△/〃=0.00175
2xl05
3x10’
4xl05
5xlO5
2
0.023
0.022
0.021
0.0215
13、如图所示的圆柱形挡水曲面。
已知圆柱长度为/=2〃八上游水位与圆柱顶部齐平,水
深h=\.5m,下游水深等于上游水深的一半。
图13
图14
14、如图14所示的水平放置弯管,弯管转角0=45%其出口水流流入大气,恒左流动,已
知Q=0.05m7s,d^lSOmm,d:
二100mm,不计摩擦阻力和水头损失,求限制弯管变形的混凝上镇墩所受作用力的大小和方向。
15、已知某对称梯形断面棱柱体明渠的糙率n=0.022,边坡系数m=l,渠中设计水深h=2m,湿周%=7.66/zz,渠道底坡:
=0.0001o试求该渠道的设计流量为若干。
16、如图16所示,水流从左边水箱经水平串连管道流向右边水箱,已知/=心=0.15加,/,=/3=15m,d2=0.25/7?
/2=25m,Ho=15m,7/4=2m.两水箱的断面而积要比任何一根管道的断面而积大很多,若自进口到岀口的各局部阻力系数分别为©
=0.5,歹2=3.16,5=0.32,门=1.0,所有管道的粗糙系数(糙率)"
=0.013。
求管道中通过的流量为若干?
图16
17、如图17所示半圆柱形挡水曲面。
已知圆柱长度为/=2汝,上游水位与半圆柱顶部齐平,水深/?
=1.6/Ho试求该半圆柱上所受静水总压力的大小、方向及其作用点的位置。
图17图18
18、在水平而内(三股水流均在同一平面内)将一平板伸入水平自由射流中,如图4-2所示,且使平板与射流轴线垂直,该平板截去射流流量的一部分Q,射流的其余部分偏转一角度0。
若已知射流流速v二30m/s,流虽Q二36L/s,QE2L/s,当不计任何损失时,试求:
(1)射流对平板的作用力:
(2)射流的偏转角0。
(
19、某自来水厂引水渠为一梯形断而混凝上明渠,已知其边坡系数m=l.0,底宽b=20/n,
糙率n二0.015,水力坡度J二0・0002,渠中水深h均为4川,该自来水厂要求引水流量为
140现从引水渠中另引一部分水作为灌溉用水,求尚能供应的灌溉用水流量。
20、如图20所示,水泵从蓄水池中抽水,蓄水池的水由自流管从河中引取。
已知:
自流管
管长人=20/h,管径心=150〃〃”,水泵吸水管管长厶=12加,管径〃2=I50"
"
,两管的糙率相同,川=0.011:
河流水而与水泵进口断而中心点的髙差h=2.0mo各局
部阻力系数分別为:
自流管进口莲蓬头4=0.2、自流管出口<
2=1・°
、吸水管进口带底阀莲蓬头=60'
吸水管缓弯头歹4=°
・3;
若水泵进口断而处最大允许真空髙度为6・0m水头髙,求水泵的最大抽水流虽:
为若干?
图20
21、如图所示,一矩形平板闸门AB,宽b=2m,与水平面夹角a=30°
,其自重G=19.6kN,并钱接于A点。
水而通过A点,水深h二2・lm,试求打开闸门的最大铅直拉力几
22.有一平板闸门如图所示,已知孔宽3m,闸孔上游水深3.5m,闸孔下游收缩水深O.&
m
通过闸孔的流量为13・5m*s,若不汁渠底和渠壁阻力,求水流对闸门的水平作用力。
23、已知某对称梯形断而棱柱体明渠的糙率h=0.0014,边坡系数m=1.5,渠道底坡Z=0.00016,今通过流^Q=30m3/s时作均匀流动,如取断面宽深比J3=h/h.=3o试求该渠道的断面尺寸b和几。
24、有一虹吸管引水管道如图所示,已知虹吸管的管径〃=1.0用,管壁粗糙系数/?
=0.014,管长分别为:
/1=13/M,Z2=20mJ3=15m,局部阻力系数分别为:
进口©
=0.5,岀口歹2=1・0,折弯^3=0-183:
(1)当上下游水而高差Z=3.0〃2时,虹吸管的引水流量是多少?
(2)当虹吸管中最大允许真空高度为7m水柱髙时,虹吸管的最大允许安装髙度是多少?
25、如图4-1所示,有一扇与水平而成a=60°
的矩形自动翻转闸门,当上游水深/?
1=2.5/»
下游水深儿=0.5/72时,闸门便自动开启。
求翻转闸门钱琏位置的/值为多少。
(不计摩擦力和闸门自重)
26、证明边坡系数为加的等腰三角形断而渠道中,临界水深的表达式为:
27、一矩形钢筋混凝上引水渡槽,底宽b二1.5m,槽长L二116.5m,糙率n二0.014,进口处髙程为52.06m。
当通过设汁流捲Qh.65m'
/s时,槽中正常水深h。
二1.7m求:
渡槽底坡i及其岀口高程。
28、一矩形断而变底坡渠道,通过的流呈:
Q二30m'
/s,底宽b二6.0m,糙率n二0.02,底坡G=0.001,/2=0.005;
求
(1)各渠段的正常水深;
(2)各渠段的临界水深:
(3)判断各渠段均匀流的流态。
29、如图29所示,水平放置在混凝上支座上的变直径弯管,1-1断而上压力表读数为门=17.6kN/m:
管中流量Q=100x1(T%F/s,若管径dx=300ww,J2=200/wh,转角&
=60"
求水流对支座的作用力。
(不计弯管的水头损失)
朗室
图30
立Uq下游^7-0.5m
^7TTT77
30、有一船闸如图30所示,已知闸室长/=70〃八宽b=\2m。
闸室上、下游侧的进、出水口各为一个闸门上带阀门的正方形孔口,孔口边长均为1.6m进、出口孔口中心髙程分別是6.0m及1.5m。
上、下游河道水位恒泄不变,分别为10.0m和3.0m,闸室水位与下游水位齐平,下游河床髙程为-0.5m。
若忽略阀门开启所需的时间,试求闸室充水时间人和放水时间八。
简化参考答案
1、解:
(1)矩形平板闸门AB形心处的水深hc=hl+^-=
2丿
闸门所承受的静水总压力P=pgh(.A=1000x9.8x2x3x2N=117.6kN
压力中心的位置由公式得到:
儿A
—x3x23
=2+—m=2.1Im
2x2x3
对钱点A列力矩平衡关系工得
(¥
—/?
)
Tx/z^ctga二Px+Gx几/2sina
sintz
T二(Px__+GxhJ2sina)xtga/=147.392kN
sina
(2)下游产生的静水压力片=pgh(.A\=1000x9.8x0.5x3xlN=14.7kN
Jo=yc+
丄x3xl3
=0.5+—m=O.67//7
0.5x1x3
对较点A列力矩平衡关系工M=0,得
Tx
/?
2ctgcz+Ax(yD+//3)/sinc?
=Px
(儿-勺)
+Gxh2/2sina
得到T=122.843kN2、解:
V)=Q/=2.84/7//5
v2=Q/A2=3.36m/s
Pi=p2-/?
(v(2一y;
)/2=8・488kN/〃rR=门A=8.488x^7;
/4=0.15^
P2=p2A2=0M9kN
动量方程:
X方向P]+ACOS&
+R\=0
y方向Pae-他=0
解得:
Rx=-0.21kN
R、=0.056kN
水流对镇墩的作用力R=+R:
=0.22kN
角度a=arctg-3.75
3、解:
A=—==37.42/772
v0.8
故山匕心15.75口
X=h+2/?
0Jl+〃,=15.75+2x2、/l+l・5?
=22.96m
A[I
R=_=1.63加C=-R^=48.21
Z”
由此,底坡i=
Q2
c2ra2
302
~48.212xl.63x37.422
=0.00017
4.解:
1)设管道的水流速为v
对水而1-1和水而2-2应用伯努利方程,有
Zi+——=z2+—+(久;
+G+2,)亍
PgPg〃2g
对钢管,粗糙系数―2,沿程损失系数为八篇“W5
已知S-Z,2=H=1.0/7;
I匕尸%+2碍
V=2.Om/s
•2
因此2-^1=0.394,^/,
(2)
代T宁+心底仏
所以
h$=6.23m
5.解:
水平方向的静水压力为:
Px=pghxcAx=pg-hl=26.13kN
卅)2
竖直方向的静水压力为:
P:
=pgv=pg=30.77kN
总压力:
P=职+P]=40.37kN
总压力与水平方向的夹角为:
一“哗伊49.66・
6、解:
水流自管1流速:
叫囁=1.13"
40
水流自管2流速:
叮肓^2.54必
按照能量方程公式:
a、
屮気+器7+倉2g
p2=27AN/cm2
管2的作用力:
F==p、厶=2\423kN
--4
沿管线按照动量方程:
/3pQ(v2-v[)=FR+Fi-F2-Gsin3O
Fk=299kN
7、解:
由公式/=b+2hyl\+m2,代入已知数值,得到b=2.00
A=bh+mh2=8
=—=1.04
Z
Q=AC/Ri=-/?
/6Av^7=4.33(m3/s)
8.解:
(1)列1-1与3-3之间的能量方程
已知:
Z()=0,#)=4=0,%=0
-^+—+
2g2g
20=—+—+—:
2g2g2g
v.=—=0.76'
9・-
0.762
得到:
Vj=0.26v3,v2=0.58v3
代入式
(1)得到,v3=S.54m/s
(2)列1・1与2・2之间的能量方程:
Pg2gpg2g
代入数据,得到—=-3.5m
Pg
Pb=35kN/nr
ng*
Z+0+0=0+0+0+〃H
由Q=,得卩=纟=]〜—=—=2.3885/71/5
A-nd1-x3.14x0.82
44
=0.427
1.47x2.38852
-=2x9.81
・•.z=0・427〃2
10、取过流断面之间的水体为控制体,利用动量方程求制作对水利的作用力:
由连续性方稈求各断面的平均流速•有
5=Qi/A)=4.951m/s
Q=Q?
=0.5Q|—17,5m$/s
5=SkQ/A?
—5r57m/s
对斯面-1和2・2应用伯努利方程,有
色+空=甩+逐
俺2«
解2g
P2—Pi+—14)=290744Pa
设支座对水体的水平方向的作用力为几,方向从右朝左,对水体的垂宜方向的作用力为几,方向垂直朝下。
建立6方向和,方向的动屋方程,有
PiAi—2扶人2cos60"
—=2pQ?
视cos6『一qQ®
2/>
JA25in60c—Fy=—2pQ“、siji60"
解得
F,=P)—2p2Azcos60QpQi^—tucos60c
=1240574N
F,=2為A2sin60°
4"
2QQ2S5ia6O°
=1750886N
支座对水流的总作用力为
F=皿十代=2145839N
设总作用力F与主干管轴线的夹角为&
,则有
laiV?
-Fv/F2-1,411
0=54r68°
=54“40‘
水流对支座的总推力与支座对水底的作用力大小相等,方向相反。
11、
解Q=KMK=纟=2371.7曲/“
JI
因为£
=3,所以¥
=*
查得2厂—5-41,所以6=6.99m、紅=2.33th,ru\{>
12、解:
解:
(1)管内断的面平均流速:
V=—=—0-063-;
■=2.01〃?
/$
A兀x(0.2/2)-
雷诺数:
Re=—=2Qlx0^=3.07x105
v1.31x10"
取兄=0.022
由题意可知,按长管计算,水头损失为:
,,/V2CC"
10002.012…r
li=hf=A=0.022xx=22.67/zz
Hfd2g0.22x9.8
(2)以管道中心线所在的水平而为基准而,列能量方程:
pV2PV2
H}+-^-+——+H.=H.+丄+——+hw
Pg2g-pg2g
旦-旦=0-22.67"
PgPg
Ht>
22.67/7?
13、解:
V
{//////'
'
//////////
作压力体图如图所示:
水平方向的静水压力为:
P=p5/7^=lx9.8x(—xl.5x2-
3
1・%x2)=11・025KN方向向右
竖直方向的静水压力为:
=^V=lx9.8x|^^yjx2=25.96KN方向竖直向上
总的静水压力为:
P=Jp:
+P;
=28.21KN
P与水平线的夹角为:
P一
B=arctan亠=66.99
P,
14、解:
Vj=Q/A}=2.84m/5
p{=p2一/?
(X-v;
)/2=8.488RN/〃r
片=p.Ax=8.488x加:
/4=o」5kN
8动虽方程:
X方向P]+P2cos3+Rx=0
Y方向P2sin<
9-/?
v=0
解得^R,=-0・21kN
R、=0.056kN水流对镇壤[的作用力R=Jr;
+Ry=0.22kN作用力与水、r•的角度a二arctg-3.75
15.解:
由公式x=b+2h^\+m1,代入已知数值,得到h=2.00
A=bh+m/r=8
=—=1.04Z
Q=AC/Ri=-R}/6A^iRi=4.33(m3/s)
n
16、解:
以管道中心线所在的水平而为基准而:
根据能量守恒原理,实际液体无流的伯努利方程应为:
血+少盏W+少盏+几
总水头损失:
2g
饥詁出+人丄咗+G出+儿如出+歹止+入厶出+G喳
2g42g2gd22g2gd、2g2g
由曼宁公式:
C=-R'
e
可求得:
1(0.15
0.0131—
V6
=44.5m[/2/s
0.01314
纣=4&
46〃叫
由谢才系数得:
^1=°
-0334
由恒上总流的边续性方程可得:
9
U\=U3U2=石"
1
于是,总水头损失为:
9、2z9.
u2isu2(養®
)?
5(衣
=0・5)+0・0396x上一xZ+3・16x——+0・0334x:
—x—
2g0.152g2g0.252g
+0.32-^-+0.0396x—x-^-+lx-^-=10.58
2g0.152g2g2g
代入伯努力方程:
15+。
+0=2+。
+"
5吩
Mj=4.9m/s
流量为:
Q==^r(—)2x4.9=0.0216/h3/5
4
17、解:
解:
左边水的压力为
/>
=lp^/?
2=156967V
P^Lpgbf=3924"
8
上半部分水的重力:
G=pgV^=8614N
总压力大小:
F=^(P^P^+G2=14587W
方向:
0=arctan=36.2
18、解:
Q=Q]+02—02=24厶/s
v=v}=v2=30m/s
动疑方程:
X方向f:
pQf\\cosO-pQ/3v=R*—R、=456N
Y方向t:
pQ2Pv2sin-pQxP\\=0=30°
19、解:
A=bh{)+mh^=20x4+1.0x42=96m2
/=b+2li()\l\+m2=20+2x4V1+12=31.312/77
A
=_=3.066Z
i]
所以Q=CA>
[Ri=x3.0666x96a/3.066x0.0002=\9\m3/s
0.015
因此,能供应的灌溉用水流量为191加7$-140〃F/s二51〃7s
20、解:
粗糙系数n二0.011,沿程损失系数为人=洛■=0.0283
以河流水而断而、水泵进口断而列能量方程,则有:
I1,2
九=(几十+几亍+才1+歹2+歹3+:
4)〒+〃
心〃22g
所以管道流速v=2.40ni/s
则,水泵的最大抽水流量为Q=vA=0.042w3/5
21、解:
水的水平力:
Px=^pghh2=43262/V
水的重力:
P2=-p^bh2/fg30°
=7439ZV
按照力矩平衡原则:
121
T/?
tan30°
=-Rh+-PJitan30°
+-Gh
3i3-2
T=244673KV
22、
解取脱离体如图所示.
Pi9810X3.5-X3-=180075(N)
凡劝帥=*X9810X0・8'
X3=9408(N)
列乂向动量方程:
戸一匕一&
•—妙Q(切--x>
)>
农=D~-宀—;
^«
Q<
5—•込>
--180075—9408—1XI000
1<
JtO\0.8X33.5X3丿
=180075—9408—58577
=112090(H)
R‘=Rt
即水流对闸门的木莊作用力为1L2090N.
23、
解Q*K占,K©
=芈=237L7rn3/^,
=3,所以牛=*,
査得当=5.419所以6=6.99rru九=2.33m.
w/vI:
24、解:
(1)粗糙系数n二0.014,沿程损失系数为兄=竽-=0.0244
对3
以上下游水而为断而列能量方程
(几气色+G+—2諾
d2g
v二4.4m/s
12
因此Q=v=3.456加‘Is
•j2
(2)人•=“"
_+歹1+歹3)亍+人
所以最大允许安装髙度hs=5.77m
25、
解碍心;
^oXl=3>
54X104N
珂=£
p022Xl=1.42X10;
N
P-P-PE.308X103N
故临界位置]==0>
99m.
Yg〃厂
证明:
对于等腰三角形有:
A=mh:
由临界水力的计算公式得岀:
—
B=2mhk
gBk2ml,
27、
解凡Vpg(如曲0°
〉%—19・62kN
E亠砂[4(伶)「+*"
cos60Ssin60卞
-95.59kN
+理=97.58kN;
fanG=等=4.872,3=arclan4.872=78.4"
.
28、
Vj=(2/Aj=