水力学课后习题答案(9页).doc

-0 绪论1 水静力学2 液体运动的流束理论3 液流型态及水头损失4 有压管中的恒定流5 明渠恒定均匀流6 明渠恒定非均匀流7 水跃8 堰流及闸孔出流9 泄水建筑物下游的水流衔接与消能10 有压管中的非恒定流11 明渠非恒定流12 液体运动的流场理论 14 恒定平面势流15 渗流18 相似原理和模型试验基础0 绪论0.1 816.33kg/m3 0.2 当y=0.25H时当y=0.5H时0.4 f = g0.5 h的量纲为L0.6 Ff184N0.7 K=1.96×108N/m2 dp=1.96×105N/m21 水静力学1.1 Pc=107.4KN/m2 h=0.959m1.2 PB-PA=0.52KN/m2 PAK=5.89KN/m2 PBK=5.37KN/m21.3 h1=2.86m h2=2.14m 内侧测压管内油面与桶底的垂距为5m，外侧测压管内油面与桶底的垂距为4.28m。1.4 Pc=27.439KN/m21.5 PM=750.68h KN/m21.6 P2-p1=218.05N/m21.7 =1.8 P=29.53KN 方向向下垂直底板 P01.9 W=34.3rad/s Wmax=48.5rad/s1.10 a=1.12 当下游无水 Px=3312.4KN() P2=862.4KN()当下游有水 Px=3136KN() P2=950.6KN()1.13 T=142.9KN 1.14 当h3=0时T=131.56KN 当h3=h2=1.73m时 T63.7KN1.15 00转轴距闸底的距离应为1.2m1.16 P=4.33KN LD=2.256m(压力中心距水面的距离)1.17 P=567.24KN 1.19 P45.54KN 总压力与水平方向夹角14º28´1.20 Px=353KN Pz=46.18KN 方向向下1.21 H=3m1.22 =1.0cm1.23 F=25.87KN ()2 液体运动的流束理论2.1 Q=211.95cm3/s V7.5cm/s2.2 hw=3.16m 2.3 =2.35m2.4 PK=63.8KN/m22.5 Q=0.00393m3/s2.6 Q=0.0611m3/s2.7 =0.9852.8 Q=0.058m3/s2.9 S点相对压强为4.9Ncm2，绝对压强为4.9N/cm22.10 V3=9.9m/s Q=0.396m3/s2.11 Rx=391.715KN()2.12 R=3.567KN 合力与水平方向夹角37º8´2.13 Rx=98.35KN()2.14 Rx=2988.27KN()2.15 Rx=1.017KN()2.16 Rx =153.26KN()2.17 =2 2.18 F=2.19 Q=H2.52.20 F=CdL22.21 2.22 Q1=cos 2.23 R=2145KN =54º68´2.24 m=3.12kg2.25 T充24分34秒 T放23分10秒3. 液流型态及水头损失3.1 d增加，Re减小3.2 Re=198019.8>2000 紊流3.3 Re=64554>500紊流3.4 3.5 当 3.6 Q/s 3.7 当Q=5000cm3/s时，Re=19450紊流 光滑管区当Q20000cm3/s时 Re=78200紊流 过渡粗糙区 当Q200000cm3/s时 Re=780000紊流 粗糙区 若l100m时Q5000 cm3/s时 hf=0.006m Q=2000 cm3/s时 hf=0.09m Q200000 cm3/s时 hf=7.85m3.8 0.0423.9 n=0.0113.10 =0.293.11 Q=0.004m3/s3.12 h=0.158m3.13 Z=11.1m3.14 =24.74 有压管中的恒定流4.1 当n=0.012时 Q=6.51 m3/s 当n=0.013时 Q=6.7m3/s当n=0.014时 Q=6.3 m3/s4.2 当n=0.0125时 Q=0.68 m3/s 当n=0.011时 Q=0.74 m3/s 当n=0.014时 Q=0.62 m3/s4.3 Q=0.0268 m3/s Z=0.82m4.4 当n=0.011时 H=7.61 m 当n=0.012时 H=7.0 m4.5 Ht=30.331m4.6 n取0.012 Q=0.5 m3/s h=5.1m4.7 n取0.0125时 H21.5m水柱高4.8 Q1=29.3L/s Q2=30.7L/s =135.21m4.9 H=0.9m 4.10 Q2=0.17 m3/s Q3=0.468 m3/s4.11 Q1=0.7 m3/s Q2=0.37 m3/s Q3=0.33 m3/s4.12 H1=2.8m4.13 Q=0.0105 m3/s P=10.57KN/m24.14 Q1=0.157 Q25 明渠恒定均匀流5.1 V=1.32m/s Q=0.65 m3/s5.2 Q=20.3 m3/s5.3 Q=241.3 m3/s5.4 h=2.34m5.5 h=1.25m5.6 b=3.2m5.7 b=71m V=1.5 m/s大于V不冲1.41 m/s 故不满足不冲流速的要求5.8 当n=0.011时 i=0.0026 =51.76m当n=0.012时 i=0.0031 当n=0.013时 i=0.0036 当n=0.014时 i=0.00425.9 i=1/3000 V=1.63m/s<V允 满足通航要求5.10 n=0.02 V=1.25m/s5.11 当n=0.025时 b=7.28m h=1.46m当n=0.017时 b=6.3m h=1.26m当n=0.03时 b=7.8m h=1.56m5.12 hf=1m5.13 Q=4.6 m3/s5.14 Q=178.2m3/s5.15 hm=2.18m bm=1.32m i=0.000365.16 =119.87m Q1=45.16m3/s Q2=354.84 m3/s6 明渠恒定非均匀流6.1 Vw=4.2m/s Fr=0.212 缓流6.2 hk=0.47m hk=0.73m h01=0.56m> hk缓流h02=0.8m> hk缓流6.3 hk=1.56m Vk=3.34m/s Vw=5.86m/s hk > h0缓流 Vw>V缓流6.5 iK=0.00344> i缓坡6.7 L很长时，水面由线为C0、b0 b2型。当L很短时，水面曲线可能为C0、C2或C0、b2型，当L较长时，水面曲线可能为C0、b2或b0、b2型。图略。6.8 提示：L不同，水跃发生的位置不同。6.9 提示：先求h0=0.96m hK=0.61m h0>hK 缓坡，故产生a1型壅水曲线，在0.971.50间内插h,求。6.10 前段型，两闸门间型，后段C1型接水跃。6.11 =3497.9m6.12 =129.462m6.13 进口断面 b=8m h=1.37m 中间断面b=6m h=0.82m 进一中49.71 出口断面 b=4m h=1.07m 中一出50.18 图略7 水跃7.1 h1=0.301m7.2 Fr=9.04>9.0 强水跃 h2=6.15m7.3 Ej=14.23m Pj=6972.7Kw Ejj=0.40m E=14.63m Kj=37.5m7.4 Lj=6.73m =1060 h2=1.7m7.5 h01=0.71m h02=1.55m hK=1.18m h01< hK< h02水流由急流过渡缓流必产生水跃。设跃后水深为h2= h02=1.55m 跃前水深h1=0.87m。 h1h01发生远驱水跃，即水跃发生在缓坡处，以h01=0.71m和h1=0.87m作控制水深，推求S=55.8m，图略。8 堰流及闸孔出流8.1 Q=0.77 m3/s8.2 b=30.52m8.3 Hd=17m 堰顶高程250.85m Xc=28.348m Yc=21.89m r=18.588-37.175m取r=25m时，反弧园心点坐标 X75.634m Y=45.85m D点坐标XD55.155m YD=60.189m E点坐标XE=75.634m YE=70.85m 图略 当上游水位高程为267.0m时，Q6167.8 m3/s 当上游水位为269.0m时Q7565.2 m3/s 当Q6000 m3/s时 上游266.53m8.4 当下游17.75时 Q414.9 m3/s 当下游16.70时 Q702.2 m3/s 8.5 Q=8987.8 m3/s 8.6 =2.7 2.5<<10 宽顶堰 Q91.5 m3/s (提示：考虑行进流速V0的影响)8.7 当下游8.5m时，0.66 h=7.145m Q=202.44 m3/s 当下游14时 Q157.9 m3/s 8.8 Q=24.84 m3/s 8.9 B=5.8m8.10 e=1.07m8.11 Q=22.02 m3/s 9 泄水建筑物下游的水流衔接与消能9.1 hc=0.645m h=4.21m 远驱式水跃9.2 hc=0.31m h=1.89m 远驱式水跃9.3 以h1求其跃后水深 h=2.32m>ht 远驱式水跃，如水跃从11断面开始则所需下游水深为ht=2.32m.9.4 d=0.9m Lj=25.8m LK=(0.7-0.8)Lj 取LK=19m9.5 hc=0.99m h=14.3m>ht 产生远驱式水跃 坝高C8.54m LK（61.270）m，取LK=65m9.6 l=142.9m ts=9.46m i=0.074<ik=冲刷坑不会危及坝的安全。10 有压管中的非恒定流10.1 T=1.24s>Ts 直接水击 H9.87m l=T=9.67m10.2 提示：增速减压 增速增压 减速增压 减速减压四个过程10.3 阀门突然关闭时H227.07m 88960.5KNm3 当管壁厚度不变 D400mm时，P=1170.8 KNm210.4 309.27m10.5 =75.2m H=67m10.6 t=0.71s v=0 =1.96 m/s211 明渠非恒定流11.1 tA=0.68h tB=0.768h11.2第二时段波向下游传播，距1断面距离为2800m,每流段S4000m,共分7个流段，每个断面的水位流量见下表断面项目12345678水位2504.8498.2491.2484.2477.5470.7464.2457.7流量Q2100197015901242100084076073512 液体运动的流场理论12.1 恒定流 有线变形、角变形，无旋转运动 流线方程 x2y2=C212.5 P=P014 恒定平面势流14.1 ux=x uy=-y 4=xy+c14.4 q=2 m3/s.m15 渗流15.1 q=0.868cm3/s.m15.2 h0/m3456Q/m3/s0.0002820.0002550.0002180.00016815.3 1.53m15.4 q=2.36×10-5m3/s.m15.5 计算点123456hN/m1213.516.013.013.012.0hf/m01.04.06.09.010.01212.512.07.04.02.0Q=4×10-5m3/s.m18 相似原理和模型试验基础18.2 Qp=322m3/s Hp=3.0m Vp=15m/s18.3 v=5.1 =3447 =5.1 QM=0.0934 m3/s <0.10m3/s 满足实验室最大供水流量要求18.4 qM=6.39L/s.m18.3 v= -第 9 页-