西安理工大学水力学课后习题.docx
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1、12-1 J图示为一定闭容器,两侧各装一测压管,右管上端封闭,其中水面高出容器水面3m.管内液面压强为7.8 N/cm、左管与大气相通。试求:(1)容器内液面压强4;解:已知(1 )由水静力学基本方程,则(2)左侧管内水面距容器液向高度/,?(2)由1-1为等压面的条件,则Pc= Po+ M =7.8x104+9800 x3 =10.74 xlO4 N/m2pL =7.8rcm2=7.8xl(rN7m2,A=3m,=98000m2=0.96m98009.8 X10310.74 x 1049.8x1040.94X10422如图所示,用水银差压计量测水管中.4、3两点的压强差,己测得形水银柱高差A
2、=U.36m,一4、b两点的高差Az =O.36m ,试求:一4、6两点的静解:由水静力学基本方程,则P2=PB-yw(+Az+A/i)+ymA/i水压强差。方法(1):由1、2点为等压面,与.4点高差,则Pl = P2Pa= Pb_7w(A+Az+Aft)+ymAhpa - pb =+7.凶-yw(+Az+Aft)=7w(Az+AA)=13.6x9.8x0.36-9.8x(0.36+1)=34.7 KN/m2方法(2):考虑这样路径上静水压强增加(沿路径降低),或降低(沿路径上升):从A出发,经由U形管左部,过1,2点,再过U形管右部,至B点,则IPyraAA + yw(A+Az+AA)=
3、pBPa- Pb = yw/,+ ymA/f-yw(*+Az+A/r)= ymAZi-yw(Az+AZi)=13.6x9.8x0.36-9.8x(0.36+1)=34.7 KN/m2(2-3如图所示供水系统,已知绝对压强Pq=137KN/hi和n=39KN/m, zt =z2=0.5m , z5=2.3m,试求:阀门关闭时A.B, C, D各点的压强水头。2-4有一减压箱,上部为气体,容重为下部为水,真空表读数为73.6mmIIg柱,h=lni,/=2m,试求(1).4,3两点的相对压强;(2)不考虑气柱产生的压强时,工6两点绝对压强。由水静力学基本方程,则A, B两点的相对压强为:Pa=汽用
4、一 p,=0.0125xl-9.789=-9.776 KN/m2Pb = Pa 十为包=-9.776+9.8 x 2=9.824 KN/m2211! f: I 11-;:;:Y:.i.| p,=凡=98-9.789=88.211 KN/m ”pl、 y2h288.211 i 9.8x2107.811 KN/m22-5如图所示容器,上层为空气,中层为容重8170N/m的石油,下层为容重122SON/m的U 油,试求:当测压管中的LT油表面高程为9.14m 时压力表G的读数。2-61在装满水的锥台形的容器盖上,加一力广=4kN。容器尺、J如图:1)2in ,li=2m,试求:(1).4一4,.历各
5、点的相对压强;(2容器底面上的总压力(相对压力)。2-7 U形差压计如图所示,下端为横截面积等于。的玻璃管,顶端为横截面积4=50。的圆筒,左支内盛水(=9800N/m2),右支内盛油(黄93i0N/m2);左右支顶端与欲测压差处相接。当 P1=P2时,右支管内的油水交界面在A7水平面处,试计算右支管内油水交界面下降2W厘米时,。2-夕1为若干?解:设初始状杰时,玻璃管中油水交界面位于*左右圆筒液面上的压强为P10、PuPl9Plt 根据水静力学基木方程,则I Pzo+7(A = P10+九4=%。= Ao =温二九%I当右圆筒液面下降V1后,左右两个圆筒液而上的压海港0,此时|右玻璃管中油水
6、交界面下降到y-y,降幅达到M=25cmI由水流的连续性方程,玻璃管中油水界面下降产生的体积变化aVI是由于右圆筒中液面下降体积变化50,八九产生的,且和“M产”MI TTM=aMWa,油水界面的下降V”导致左圆筒中的液面将上升I A/2=A/i,由于左右两个圆筒的端面积相等,则?、小;P广 Py +九(4+如狗=A + Xo (A,- AV M)四一A=MM+A/+从)-%(A,-M+M)=%k 成+九(M + AA)-%(-的+ AA)/AAAh=九(而+从)-M -a)=9800x(+0.25)-9310x(0.2S-)5050=218.0S N/m2iiiiiiiX=_(i, K=0,
7、 Z=-g解:设左右管液面分别在4, B点,斜线4B为假想的自由液面,建立坐标系立乃如图所示,根据自由液面为等压面的条件,则28为了测量运动物体得加速度,利用装有液体的直径很小的U形管,并与物体一起运动。在图中已知:/=30cm ,/=5cm ,试求:物体的运动加速度。az:.-adx - gdz =0= tnnO= dxJB IIIHH- a5-9.8x1.63m/sXdxYdy+Zdz =0PiPi按题意,单位质量力的三个分量为a =-gtanO【2-9】在做等角速度旋转的物体上,装有U形管式角速度测定器,如图所示,测得U形管液面差A =0.272m,两支管旋转半径&i =7.5cm,&=
8、37.5cm,试求该物体的旋转角速度。C2-13如1图所示为一铅直矩形自动泄水0JH 口高=3m试问i (1)如果要求水向届过门顶=1”1时泄水门陡鲂自动打开.门轴。-O应该放在什么位置?=2m.“ = 4S . 求:(1 ) 作用在矩形闸门上的静水总压力及其作用点:(2 )其他条件不变.改用半径K=l“i的斜置网网门.静水总压力及其作用点.(2)当有下游水位时,下游静水对闸门的静水总压力分=七=尸&4=亭急於方向与P相反+=tan 600tan 6002tan 602 sin a /网2 sin 602 sin a1.9928x2sin600.=133m5.9929x1.73tan 600_
9、=63.4 kN 1.739.8x1.733x1.73.、Tx=50.80 kN 2 sin 60马作用点距下游水面的斜距251=乙D,1.73所有力对-4点取矩,贝|J3=2时的闸门启门力T为八4一 OA)+尸dJjta工。:眸98x173=109.53x(2305)+50.80x1.33sin 6002 tan 60012-17圆柱形锅炉直径Z)=3m,右端为焊接的盖板,其中水深为LSm,炉内气体压力可通过U形水银测压计量测,若己测得测压计两支水银面差=0.6m,试求在锅炉盖板上所作用的静水总压力。空气的压强盖板下半圆所受压力盖板下半圆所受压力Px =79.81cN/mvz空一气E=P1-
10、川工=解:由水静力学基本方程盖板上半圆所受压力.F1锅炉盖=281.89 kNp下=P、+=281.89+9.8x 2.25-303.94kN12P =七+P=281.89+303.94=58S83 kN【2-18绘出图中AB曲面(3/4圆柱面)上水平方向的静水压强分布图和垂直分力的压力体图,并标出力的方向。压力体心 i+z)y(/1+/2+0.5/3)静水压力水平分力分布/1122-19绘出图中曲由ABCD的水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图,标出数值及方向。昌2-22有一球形容器有由两个半球钾接而成,下半球固定,容器中充满水,如图所示,已知h=lm,D=2ni,求全部例钉所受的总压力
11、。解:下半球固定,所以全部钟钉所受总拉力为上半球面的静水总压力,即2-23在倾角6=4寸的倾斜壁上有一个半径R =03n的半圆柱形曲面AB,曲面圆心O点至水面的高度/=2m,曲面宽度b =2m,如图所示。求曲面上所受的静水总压力的大小及方向。b解:水平方向的压强分布图与垂直方向压力体 如图所示。xR2HPz yV z= y 2( +AsinO + 一区sin0)2Acos0=-yiH - R sin。)+ 火+ Rsin 0) 2126 sin 2=2yHRb sin 0 - 2 x 9.8 x2x0.5x2x sin 45=27.72 kN 方向向右=9.8x x(2+2)x2x0.5xco
12、s450+ x0.52 x2=35.36 kN 方向向下22Px - 27.72 kN方向向右Pt 35.36 kN方向向下P =色 z + 心2 = 44.93kNa tan总压力与水平面成46 S5的夹角过圆心的延长线与AB相交处,即为作用点的位置。t 35.36=tan ()27.72=4655f31【2-24如图所示为一水电站压力输水管,其直径Z=1000nim,静水头=100m,试求(2)试推导管壁拉应力计算表达式。=pZ)/25当钢管的允许拉应力5= L37X105KN/m2时,管壁厚度。当管壁的厚度。=5mm时,管壁的环向与轴向拉应力。(3)P =/?x 1 x Z= pDDA-
13、A如图所示,考虑力的平衡,则拉力与拉应力的关系12T =2xJx”两式联立得,管壁拉应力表达式为0一三正Tl 1a=(2)由(1)及管壁必须满足强度要求,则6pD_=yHD21G2ff9.8x100x1,=0.0036m =3.6mm2x1.37x10(3)由(1)则环向拉应力a =2d L。=包=2=9.8x IQOx 1=98x Me2d262 x 0.0053334132如图所示管路系统,已知数据见表,求(1)各管段流量(2)各管段平均流速。解:各管段过水断面面积xO.31=0.0707m名称dVq单位min/s1/s管段10.350.0管段20.221.5管段30.110.0x0.22
14、=0.0314m(1)由液体连续方程,考虑通过管道in的流量相等、节点2、1进出流量平衡,则13-71指出左表流动中符合不可压缩连续方程的流动,并画出其流场示意图,标出流动方向。813-81在4cm X4cm的空气压缩机进口管路中,空气击度为L2kg/m3平均流速为4m/s,经压缩后在直径为2.5cm的圆管中,以3m/s的平均流速排出,求出口的空气密度和质量流量。解:由质量守恒定律,流入和流出管路的放量相等,即Pi ”*p、=r/j =4m/s , u23ni/s9KK31=0.04X0.04=0.0016m212=71X0.01252= O.(MMM9ni2 p=5.2 kg/niI !,i
15、(J - fi 11- h S.Zxjxo, ohi4-,-x io 3 Ko s4-1 J如图所示,水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道,如果上游水位保持不变,试问:(1)当阀门升度一定,各段管中是恒定流还是非恒定流?各段管中为均匀流还是非均匀流?(2)当阀门逐渐关闭,这时管中为恒定流还是非恒定流?(3)在恒定流情况下,当判别第II段管中是渐变流还是急变流时,与管长有无关系?答:(1)阀门升度一定时.I、II、III段恒定流,I、HI段均匀流,II段非均匀流。(2)阀门逐渐关闭时,(3)恒定流时,n段流态与管长有关,管较长 时为渐变流,否则为急变流。各段非恒定流。解:由文丘里管计算公式
16、得:14-41如图所示为一装有文丘里管的管路.已知管径“LlWcm.文丘里管喉部直径/=lOcm,水银差压计高差7,=20cm,实测管中流量Q=60L/s,试求:文丘里流量计的流量系数/,。Q=yKx!A/fe =60 L/s =0.06 m3/s代入已知条件,则46某自来水厂用管径d=03n 的水管将河水引进集水井,假设水流从河中经水管至集水井的总水头损失、=6w/2g (已包括出口突然扩大水头损失)。试求河水位与井水位高对7=2ni时,试求通过管道的流量。集水井DX14-7J图示为一水泵,抽水流量Q=20L/s,吸水管直径,/=20cm,长度,= Sni。水泵内允许真空值为6.5m水柱。沿
17、程水头损失系数 x 0.02.弯头局部水头损失系数却=0.3,底阀局部水头损失系数4=32,试计算水泵的安装高度(动能校正系数取1)oH A H7Zaex = Zb - Az +与ZB = o, VA =6m/s, aA=aB0.6, v.=() xv.=0.444 x6=2.667 m/s人、0.9人VA20.15X62 c.rw =0.276m2g 2x9.8将已知数据代入到能量方程,则|(1)“、5”时即A-A断面真空度为6.198m I(2)jpA/9=-5m Ht|2g+ h2g-6.198m=3.802m+ h3A B,、Pb 尸y,y xAz 2.6672=-6+-l2g=6卜1
18、+0.363-1.837+0.27614-9如图所示的射流泵,其工作原理是借工作室中管嘴高速射流产生真窄,将外部水池中的水吸进工作室,然后再由射流带进入水管。已知:Z/=2ni,/=lmJ1=J3=l(cm,/72=7cni假设不计水头损失,认为吸管中吸入的流量很小可忽略,试求:(1)射流泵提供的流量Q:(2)_E作室2-2断面处真空度。解:(1)以0-0为基准面,到J1-1和3-3断面1_1的能量方程,不计水头损失,则1J 工作室3 H(2=0.253兀=0.25x6.26xx0.12=0.0492 m3/s14-10 J有一如图所示的水泵装置,已知:水泵的功率,V=28kw,流量Q =10
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