水力学习题及答案液体一元恒定总流的基本原理.docx

1、水力学习题及答案液体一元恒定总流的基本原理第3章液体一元恒定总流的基本原理题解管2的直径d=1.5m求出管2的流量及断面平均流速。3则 Q2 Q Qi 40 20 20m /s水面的铅直水深 H=3.5m,若以O O为基准面。求A点的位置水头。压强水头，流速水头，总水头各为多少?解：A点的位置水头：ZA 10mA点的压强水头为:PAgH cos2 303.50.752.63mA点的流速水头：2UA251.27m2g29.81总水头： EAZA_PAg2UA2g102.631.2713.9m3.3垂直放置的管道，并串联一文丘里流量计如图所示。已知收缩前的管径D 4.0m，喉管处的直径d 2.0m

2、，水银压差计读数厶h=3.0cm,两断面间的水头损2亠 V1失hw 0.05L（ V1对应喉管处的流速）求管中水流的流速和流量。 2g列出水银压差计上的等压面方程有Pi gi mg h P2 g 1 （乙 z?） h经化简，由于z2 02Dp2 12.6 h 代入（a）后可得 12.6 h 0.89g 2gQ=0.02m3s,吸水管直径d=20cm ,管长L=5.0m ,泵内允（包括底阀、弯头）水头损失 hW=0.16m ,试计算水泵的题3.4图解：以水池水面为基准面，列水面和水泵进口断面的能量方程2P V0 hs 0.16g 2g4Q2 0.637msd 3.14 0.2则 hs 6.5 0

3、.021 0.16 6.32m3.5如图为一水轮机直锥形尾水管。已知 A A断面的直径d=0.6 m,断面A- A与下游河道水面高差 z=5.0 m。水轮机通过流量 Q=1.7 m 3s时，整个尾水管的水头损失2Vhw 0.14 （V为对应断面A A的流速），求A A断面的动水压强。2g将VA代入左式得:2 2g(0.14 仏 仏 Z) 9810(0.26 1.85 5.0)2g 2g3.6 如图为一平板闸门控制的闸孔出流。 闸孔宽度b=3.5 m,闸孔上游水深为 H=3.0m ,闸孔下游收缩断面水深 hc0=0.6 m,通过闸孔的流量 Q=12m 3/s求水流对闸门的水平作用力（渠底与渠壁摩

4、擦阻力忽略不计） 。解：取1 1, 2 2断面截取一段水体为控制体列出动量方程有R P2 R Q(v2 V1)则可解出RQ(v2 v1) P P2而 V1 -Q-1 bH121.14ms ,V2Q123 3.5bhC03.5 0.61式中：R -1 2gH2b1 2-9810 3223.5154.51kNP2 1ghCb1 2-9810 0.6223.56.18kN将上述速度和压力值代入动量方程后，可得出5.71msR 54840 154510 6180 93.49kN 而水流对闸门的作用力为 R R3.7 固定在支座内的一段渐缩形的输水管道如图所示，其直径由 d=1.5 m变化到直径d2=1

5、.0 m,在渐缩段前的压力表读数 p=405kN/ m 2,管中流量Q=1.8 m 3s ,不计管中的水头损失，求渐变段支座所承受的轴向力 IjPU P- i- . * a i4 4一电M- * * *题3.7图列出动量方程3.8有一突然收缩的管道， 收缩前的直径d1=30cm , d2=20cm ,收缩前压力表读数 p=1.5 pa,管中流量Q=0.30 m3s,若忽略水流阻力，试计算该管道所受的轴向拉力 NO题3.8图解：取1 1, 22断面为控制体，分别列出该两断面的能量方程和动量方程有2 2p1 1v1 p2 2v2g 2g g 2g5.52kNm,单宽流量q=80m /s反弧起始断面

6、的流速 V1=30ms ,80 2.86mv2 28g 149.7kN水重G Bh221 和2断面的动水总压力为1 2 1 2 1 2 1 2P gh12 9810 2.672 34.97kN, P- gh； 9810 2.862 40.12kN2 2 2 2列X向动量方程R F2 cos RX Q(v2 cos V1)则 RX R P2 cos35 Q(v2 cos35 V1)34.97 40.12 0.82 80(28 0.82 30)565.27kN列Z向动量方程P2sin G RZ Qv2S in则 RZ Qv2sin G P2 sin80 28 0.57 149.7 40.12 0.

7、571449.37kN3.10 如图将一平板放置在自由射流之中，并且垂直于射流轴线，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 ,已知v=30ms，Q= 36 ls,Q= 12 ; (2)射流对平板的作用力。列X向动量方程RQ2V2 cosQV列y向动量方程0Q2V2 SinQ1V1由能量方程可知VV1 V2Q2可得出3.11如图所示，有一铅直放置的管道， 其直径d=0.35 m,在其出口处设置一圆锥形 阀门，圆锥顶角 =60,锥体自重 G=1400No当水流的流量 Q为多少时，管道出口的 射流可将锥体托起？题3.11图解：管道出口流速为 V,绕过阀体后仍为 V列出Z方向动量方程

8、有2G Q(VCOS V)则G V A(1 CoS )代入数据后可得流速 V0 3521000 V2 0.134 1400可解出 v=10.42 m/s4所承受的总水平力。（不计水流与管壁间的摩阻力）解：取1 1 , 2 2断面的水体为控制体，并选坐标。5.0ms4Q 4 0.157VIV2 V 2 2d 3.14 0.2列X向动量方程：2P1=49kNm ,忽略摩擦阻力的影响,m,与水平线的交角 =30,通过的流量 Q=0.03m3s , 1 1和2 2断面形心点的高差 z=0.15 m, 1 1断面形心点的相对压强为求出弯管所受的力。题3.13图2 2Pl VI P2 V2Zg 2g g

9、2g可解出P2 g(-2P1 V12Z -V)由于V2g4Q40.03Q QOrn/og 2gd23.143.82mS0.12则P2499.81(9.810.15)247.53kNm列出X方向的动量方程：FR CoSRXQ(v2 CoSV1)则RXRB CoSQ(V2 CoSV1)3.14 0.123.14 0.1249 -47.530.8660.03 3.820.134 0.077kN44求出该水体的重量Gg d2 L9.813.14 0.120.6 0.046kN44列出Z方向动量方程 P2Sin G RZQ(v2 Sin )RZ Qv2 Sin G F2 Sin3.14 0.120.03

10、 3.82 0.5 0.046 47.53 0.540.291kN则R 辰R 0.301kN弯管所受总的力 R R方向角 arctg -RZ 75.18RX3.14在水位恒定的水箱侧壁上安装一管嘴， 从管嘴射出的水流喷射到水平放置的曲板上，如图所示，已知管嘴直径 d=5.0 Cm ,局部水头损失系数Z =0.5 ,当水流对曲板的水平作用力 R=980N时，试求水箱中的水头 H为多少?（可忽略水箱的行近流速）题3.14图解：取基准面，并列出能量方程H2V22V2可解出V22gH2 9.81H3.61 .Hms2g2g1.5则Qd24 V23.14 0.05243.61、H0.0071. Hm3s取2 2, 3 3断面列X方向动量方程Rcos30 Q( v2cos30 )3.14 0.052 1000 2可解出 H R Qv2 980 3.61 H 25.58H4H 38.31m