流体力学第八章习题集规范标准答案
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第六章 6-1解:层流状态下雷诺数Re 2000< 60.1Re 6.710vdv υ-⨯==⨯ ⇒60.120006.710v -⨯<⨯⇒62000 6.710/0.10.134(/)v m s -<⨯⨯= 即max 0.134/v m s =223max max max 0.13.140.1340.00105/ 1.05/44d Q Av v ms L sπ===⨯⨯≈=6-2解:层流状态下雷诺数Re 2000<3Re 20000.910120000.0450.1()vd d m d ρυ-=<⨯⨯⨯⇒<⇒<6-3解:3221.66100.21(/)0.13.1444Q v m s d π-⨯==≈⨯临界状态时Re 2000=52533Re Re0.210.1 1.0510(/)20001.05100.88109.2410()vd vd m s Pa s υυυμυρ---=⇒=⨯⇒==⨯⇒==⨯⨯⨯=⨯⋅ 6-4解:当输送的介质为水时:32210101270131444.(/)..Q v m s d π-⨯===⨯ 612701838632000151910..Re .vd υ-⨯===>⨯水 3015100001501...d -∆⨯== 根据雷诺数和相对粗糙度查莫迪图可知流态为水力粗糙。
当输送的介质为石油时:质量流量与水相等3310101010(/)Q kg s -=⨯⨯=31000118850.(/)Q m s == 2200118150********..(/)..Q v m s d π===⨯ 415030113184200011410..Re .vd υ-⨯===>⨯水3015100001501...d -∆⨯== 根据雷诺数和相对粗糙度查莫迪图可知流态为水力光滑。
6-5解:判断流态需先求出雷诺数()2900036009000088023144./..Re Q v m s Avd υ÷===⨯=冬季:421101./m s υ-⨯=40088021608820001110..Re ..vd υ-⨯===<⨯ ⇒ 流态为层流。
《流体力学》答案1-6.当空气温度从00C 增加至020C 时,ν值增加15%,容重减少10%,问此时μ值增加多少?⎡⎤⎣⎦解0000000000(115%90%)()()0.035 3.5%gggγγννμμρνρνμρνγν⨯---====1-7.图示为一水平方向运动的木板,其速度为1m s ,平板浮在油面上,油深 1mm δ=,油的0.09807Pa s μ=,求作用于平板单位面积上的阻力?⎡⎤⎣⎦解10.0980798.070.001du Pa dy τμ==⨯= 1-9.一底面积为4045cm ⨯,高为1cm 的木板,质量为5kg ,沿着涂有润滑油的斜面等速向下运动,已知1m v s =,1mm δ=,求润滑油的动力粘滞系数?⎡⎤⎣⎦解0T GSin α-= 55255131313T GSin G g g α==⋅=⨯⨯=所以 10.400.451800.001du T A dy μμμ==⨯=但 259.8070.10513180Pa s μ⨯==⋅⨯所以1-10.一个圆锥体绕其铅直中心轴等速旋转,锥体与固定壁的间距为δ=1mm ,全部为润滑油充满,μ=0.1Pa.s ,当旋转角速度ω=16s -1,锥体底部半径R =0.3m,高H =0.5m 时,求:作用于圆锥的阻力矩。
解: 取微元体, 微元面积:阻力矩为:阻力: 阻力矩51213GVδ22cos 0dhdA r dl r du r dy dT dA dM dT rππθωτμμδτ=⋅=⋅-====⋅0333012cos 12()cos 12cos HHHM dM rdT r dAr r dh r dh r tg h tg h dhττπθωμπθδθωμπθδθ====⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅=⋅⋅⋅⋅⎰⎰⎰⎰⎰⎰1-14.图示为一采暖系统图,由于水温升高引起水的体积膨胀,为了防止管道及暖气片胀裂,特在顶部设置一膨胀水箱,使水的体积有自由膨胀的余地,若系统内水的总体积38V m =,加热前后温度差050t C =,水的热胀系数0.0005α=,求膨胀水箱的最小容积?⎡⎤⎣⎦解因为 dV V dt α=所以 30.00058500.2dV Vdt m α==⨯⨯=2-2.在封闭管端完全真空的情况下,水银柱差250Z mm =,求盛水容器液面绝对压强1p 及测压管中水面高度1Z ?⎡⎤⎣⎦解312013.6109.80.056664a p Z p γ=+=⨯⨯⨯=11 6.6640.686809.8p Z m mm γ==== 2-6.封闭容器水面的绝对压强20107.7KNp m =,当地大气压强298.07a KNp m =,试求(1)水深0.8h m =的A 点的绝对压强和相对压强?(2)若容器水面距基准面高度5Z m =,求A 点的测压管高度和测压管水头。
流体力学张兆顺课后答案【篇一:流体力学知识点大全】书籍:《全美经典-流体动力学》《流体力学》张兆顺、崔桂香《流体力学》吴望一《一维不定常流》《流体力学》课件清华大学王亮主讲目录:第一章绪论第二章流体静力学第三章流体运动的数学模型第四章量纲分析和相似性第五章粘性流体和边界层流动第六章不可压缩势流第七章一维可压缩流动第八章二维可压缩流动气体动力学第九章不可压缩湍流流动第十章高超声速边界层流动第十一章磁流体动力学第十二章非牛顿流体第十三章波动和稳定性第一章绪论1、牛顿流体:剪应力和速度梯度之间的关系式称为牛顿关系式,遵守牛顿关系式的流体是牛顿流体。
2没有内摩擦,也就没有内耗散和损失。
层流:纯粘性流体,流体分层,流速比较小;湍流:随着流速增加,流线摆动,称过渡流,流速再增加,出现漩涡,混合。
因为流速增加导致层流出现不稳定性。
定常流:在空间的任何点,流动中的速度分量和热力学参量都不随时间改变,3、欧拉描述:空间点的坐标;拉格朗日:质点的坐标;4、流体的粘性引起剪切力,进而导致耗散。
5、无黏流体—无摩擦—流动不分离—无尾迹。
6、流体的特性:连续性、易流动性、压缩性不可压缩流体:d??0dtconst是针对流体中的同一质点在不同时刻保持不变,即不可压缩流体的密度在任何时刻都保持不变。
是一个过程方程。
7、流体的几种线流线:是速度场的向量线,是指在欧拉速度场的描述;同一时刻、不同质点连接起来的速度场向量线;dr?u?x,tdr?u?0迹线:流体质点的运动轨迹,是流体质点运动的几何描述;同一质点在不同时刻的位移曲线;涡线:涡量场的向量线,u,dr???x,t??dr???0涡线的切线和当地的涡量或准刚体角速度重合,所以,涡线是流体微团准刚体转动方向的连线,形象的说:涡线像一根柔性轴把微团穿在一起。
第二章流体静力学1、压强:p?lim?fdf??a?0?ada静止流场中一点的应力状态只有压力。
2、流体的平衡状态:1)、流体的每个质点都处于静止状态,==整个系统无加速度;2)、质点相互之间都没有相对运动,==整个系统都可以有加速度;由于流体质点之间都没有相对运动,导致剪应力处处为零,故只有:体积力(重力、磁场力)和表面力(压强和剪切力)存在。
流体力学第八章答案【篇一:流体力学第8、10、11章课后习题】>一、主要内容(一)边界层的基本概念与特征1、基本概念:绕物体流动时物体壁面附近存在一个薄层,其内部存在着很大的速度梯度和漩涡,粘性影响不能忽略,我们把这一薄层称为边界层。
2、基本特征:(1)与物体的长度相比,边界层的厚度很小;(2)边界层内沿边界层厚度方向的速度变化非常急剧,即速度梯度很大;(3)边界层沿着流体流动的方向逐渐增厚;(4)由于边界层很薄,因而可以近似地认为边界层中各截面上压强等于同一截面上边界层外边界上的压强;(5)在边界层内粘性力和惯性力是同一数量级;(6)边界层内流体的流动与管内流动一样,也可以有层流和紊流2种状态。
(二)层流边界层的微分方程(普朗特边界层方程)??v?vy?2v1?p?vy?????vx?x?y??x?y2????p??0?y???v?vy???0?x?y??其边界条件为:在y?0处,vx?vy?0 在y??处,vx?v(x)(三)边界层的厚度从平板表面沿外法线到流速为主流99%的距离,称为边界层的厚度,以?表示。
边界层的厚度?顺流逐渐加厚,因为边界的影响是随着边界的长度逐渐向流区内延伸的。
图8-1 平板边界层的厚度1、位移厚度或排挤厚度?1?1?2、动量损失厚度?2?vx1?(v?v)dy?(1?)dy x??00vv?2?1?v2???vx(v?vx)dy???vxv(1?x)dy vv(四)边界层的动量积分关系式??2???p?vdy?v?vdy?????wdx xx??00?x?x?x对于平板上的层流边界层,在整个边界层内每一点的压强都是相同的,即p?常数。
这样,边界层的动量积分关系式变为?wd?2d?vdy?vvdy?? x?x??00dxdx?二、本章难点(一)平板层流边界层的近似计算根据三个关系式:(1)平板层流边界层的动量积分关系式;(2)层流边界层内的速度分布关系式;(3)切向应力关系式。
严新华主编《水力学(修订本)》教材(科技文献出版社2001年版)部分习题参考答案第一章 习题答案1-1 水的运动粘性系数s m /10006.126-⨯=ν;空气的动力粘性系数s Pa ⋅⨯=-51081.1μ。
1-2 活塞移动速度s m V /49.0=。
1-3 动力粘性系数s Pa ⋅=151.0μ。
1-4 2/5.11m N =τ。
1-5 阻力矩m N M ⋅=6.39。
第二章 习题答案2-1(a )图中2/6.68m KN p A =;绝对压强2/93.169m KN p A='。
(b )图中22/4.29,0,/6.19m KN p p m KN p A B C -===;绝对压强222/93.71,/33.101,/93.120m KN p m KN p m KN p AB C ='='='。
2-2 20/4900m N p -=;液面真空值20/4900m N p V =。
2-3(1)2/54.115m KN p A =';2/47.17m KN p A =。
(2)压力表读数m h m KN p M 213.1,/63.92==。
2-4 A 点表压强2/8.9m KN p A -=;液面空气真空度2/6.19m KN p V =。
2-5 m H 40.0=。
2-6 cm h 1284=。
2-7 O H 84.172mmh V =。
2-8 ①2/22.185m KN p p B A =-;②2/42.175m KN p p B A =-。
2-9 ⑴21/86.1m KN p p B A -=-为油时:ρ;⑵21/784.0m KN p p B A -=-为空气时:ρ。
2-10 ⎪⎭⎫⎝⎛-='b a 1ρρ;gH b a p p BA ρ=-。
2-11 241/1084.118m N p ⨯=。
2-12 )/3.101(/84.37822m KN p m KN p a =='取:。
第一章习题答案选择题(单选题)1.1 按连续介质的概念,流体质点是指:(d )(a )流体的分子;(b )流体内的固体颗粒;(c )几何的点;(d )几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
1.2 作用于流体的质量力包括:(c )(a )压力;(b )摩擦阻力;(c )重力;(d )表面张力。
1.3 单位质量力的国际单位是:(d )(a )N ;(b )Pa ;(c )kg N /;(d )2/s m 。
1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是:(b )(a )剪应力和压强;(b )剪应力和剪应变率;(c )剪应力和剪应变;(d )剪应力和流速。
1.5 水的动力黏度μ随温度的升高:(b )(a )增大;(b )减小;(c )不变;(d )不定。
1.6 流体运动黏度ν的国际单位是:(a )(a )2/s m ;(b )2/m N ;(c )m kg /;(d )2/m s N ⋅。
1.7 无黏性流体的特征是:(c )(a )黏度是常数;(b )不可压缩;(c )无黏性;(d )符合RT p=ρ。
1.8 当水的压强增加1个大气压时,水的密度增大约为:(a )(a )1/20000;(b )1/10000;(c )1/4000;(d )1/2000。
1.9 水的密度为10003kg/m ,2L 水的质量和重量是多少?解: 10000.0022m V ρ==⨯=(kg )29.80719.614G mg ==⨯=(N )答:2L 水的质量是2 kg ,重量是19.614N 。
1.10 体积为0.53m 的油料,重量为4410N ,试求该油料的密度是多少?解: 44109.807899.3580.5m G g V V ρ====(kg/m 3)答:该油料的密度是899.358 kg/m 3。
1.11 某液体的动力黏度为0.005Pa s ⋅,其密度为8503/kg m ,试求其运动黏度。
第八章习题答案选择题(单选题)8.1明渠均匀流只能出现在:(b )(a )平坡棱柱形渠道;(b )顺坡棱柱形渠道;(c )逆坡棱柱形渠道;(d )天然河道中。
8.2水力最优断面是:(c )(a )造价最低的渠道断面;(b )壁面粗糙系数最小的断面;(c )过水断面积一点,湿周最小的断面;(d )过水断面积一定,水力半径最小的断面。
8.3水力最优矩形渠道断面,宽深比/b h 是:(c ) (a )0.5;(b )1.0;(c )2.0;(d )4.0。
8.4平坡和逆坡渠道中,断面单位能量沿程的变化:(b )(a )de ds >0;(b )de ds <0;(c )deds=0;(d )都有可能。
8.5明渠流动为急流时:(a )(a )r F >1;(b )h >c h ;(c )v <c ;(d )dedh <0。
8.6明渠流动为紊流时:(a )(a )r F >1;(b )h >c h ;(c )v <c ;(d )dedh<0。
8.7明渠水流由急流过渡到缓流时发生:(a )(a )水跃;(b )水跌;(c )连续过渡;(d )都可能。
8.8在流量一定,渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时,随底坡的增大,正常水深将:(a )增大;(b )减小;(c )不变;(d )不定。
8.9在流量一定,渠道断面的形状、尺寸一定时,随底坡的增大,临界水深将:(b )(a )增大;(b )减小;(c )不变;(d )不定。
8.10宽浅的矩形断面渠道,随流量的增大,临界底坡c i 将:(b )(a ) 增大;(b )减小;(c )不变;(d )不定。
8.11明渠水流如图8-49所示,试求1、2断面间渠道底坡,水面坡度,水力坡度。
解: 3210.0333030i -=== 8 6.50.0530p J -==224 4.58 6.5220.042830g gJ +--==答:1、2断面间渠道底坡0.033i =,水面坡度0.05p J =,水力坡度0.0428J =。
流体力学第八章答案【篇一:流体力学第8、10、11章课后习题】>一、主要内容(一)边界层的基本概念与特征1、基本概念:绕物体流动时物体壁面附近存在一个薄层,其内部存在着很大的速度梯度和漩涡,粘性影响不能忽略,我们把这一薄层称为边界层。
2、基本特征:(1)与物体的长度相比,边界层的厚度很小;(2)边界层内沿边界层厚度方向的速度变化非常急剧,即速度梯度很大;(3)边界层沿着流体流动的方向逐渐增厚;(4)由于边界层很薄,因而可以近似地认为边界层中各截面上压强等于同一截面上边界层外边界上的压强;(5)在边界层内粘性力和惯性力是同一数量级;(6)边界层内流体的流动与管内流动一样,也可以有层流和紊流2种状态。
(二)层流边界层的微分方程(普朗特边界层方程)??v?vy?2v1?p?vy?????vx?x?y??x?y2????p??0?y???v?vy???0?x?y??其边界条件为:在y?0处,vx?vy?0 在y??处,vx?v(x)(三)边界层的厚度从平板表面沿外法线到流速为主流99%的距离,称为边界层的厚度,以?表示。
边界层的厚度?顺流逐渐加厚,因为边界的影响是随着边界的长度逐渐向流区内延伸的。
图8-1 平板边界层的厚度1、位移厚度或排挤厚度?1?1?2、动量损失厚度?2?vx1?(v?v)dy?(1?)dy x??00vv?2?1?v2???vx(v?vx)dy???vxv(1?x)dy vv(四)边界层的动量积分关系式??2???p?vdy?v?vdy?????wdx xx??00?x?x?x对于平板上的层流边界层,在整个边界层内每一点的压强都是相同的,即p?常数。
这样,边界层的动量积分关系式变为?wd?2d?vdy?vvdy?? x?x??00dxdx?二、本章难点(一)平板层流边界层的近似计算根据三个关系式:(1)平板层流边界层的动量积分关系式;(2)层流边界层内的速度分布关系式;(3)切向应力关系式。
第1章 绪论选择题【1.1】 按连续介质的概念,流体质点是指:(a )流体的分子;(b )流体内的固体颗粒;(c )几何的点;(d )几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
解:流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子,且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
(d ) 【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是:(a )切应力和压强;(b )切应力和剪切变形速度;(c )切应力和剪切变形;(d )切应力和流速。
解:牛顿内摩擦定律是d d v y τμ=,而且速度梯度d d vy 是流体微团的剪切变形速度d d t γ,故d d t γτμ=。
(b )【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是:(a )m 2/s ;(b )N/m 2;(c )kg/m ;(d )N·s/m 2。
解:流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。
(a )【1.4】 理想流体的特征是:(a )黏度是常数;(b )不可压缩;(c )无黏性;(d )符合RTp =ρ。
解:不考虑黏性的流体称为理想流体。
(c )【1.5】当水的压强增加一个大气压时,水的密度增大约为:(a )1/20 000;(b )1/1 000;(c )1/4 000;(d )1/2 000。
解:当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。
(a )【1.6】 从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:(a )能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(b )不能承受拉力,平衡时能承受切应力;(c )不能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(d )能承受拉力,平衡时也能承受切应力。
解:流体的特性是既不能承受拉力,同时具有很大的流动性,即平衡时不能承受切应力。
(c )【1.7】下列流体哪个属牛顿流体:(a )汽油;(b )纸浆;(c )血液;(d )沥青。
第1章 绪论1.1 若某种牌号的汽油的重度γ为7000N/m 3,求它的密度ρ。
解:由g γρ=得,3327000N/m 714.29kg/m 9.8m /m γρ===g1.2 已知水的密度ρ=997.0kg/m 3,运动黏度ν=0.893×10-6m 2/s ,求它的动力黏度μ。
解:ρμ=v 得,3624997.0kg/m 0.89310m /s 8.910Pa s μρν--==⨯⨯=⨯⋅ 1.3 一块可动平板与另一块不动平板同时浸在某种液体中,它们之间的距离为0.5mm ,可动板若以 0.25m/s 的速度移动,为了维持这个速度需要单位面积上的作用力为2N/m 2,求这两块平板间流体的动力黏度μ。
解:假设板间流体中的速度分布是线性的,则板间流体的速度梯度可计算为13du u 0.25500s dy y 0.510--===⨯ 由牛顿切应力定律d d uyτμ=,可得两块平板间流体的动力黏度为 3d 410Pa s d yuτμ-==⨯⋅1.4上下两个平行的圆盘,直径均为d ,间隙厚度为δ,间隙中的液体动力黏度系数为μ,若下盘固定不动,上盘以角速度ω旋转,求所需力矩T 的表达式。
题1.4图解:圆盘不同半径处线速度 不同,速度梯度不同,摩擦力也不同,但在微小面积上可视为常量。
在半径r 处,取增量dr ,微面积 ,则微面积dA 上的摩擦力dF 为du r dF dA2r dr dz ωμπμδ== 由dF 可求dA 上的摩擦矩dT32dT rdF r dr πμωδ==积分上式则有d 43202d T dT r dr 32πμωπμωδδ===⎰⎰1.5 如下图所示,水流在平板上运动,靠近板壁附近的流速呈抛物线形分布,E 点为抛物线端点,E 点处0d =y u ,水的运动黏度ν=1.0×10-6m 2/s ,试求y =0,2,4cm 处的切应力。
(提示:先设流速分布C By Ay u ++=2,利用给定的条件确定待定常数A 、B 、C )题1.5图解:以D 点为原点建立坐标系,设流速分布C By Ay u ++=2,由已知条件得C=0,A=-625,B=50则2u 625y 50y =-+ 由切应力公式du dy τμ=得du(1250y 50)dyτμρν==-+ y=0cm 时,221510N /m τ-=⨯;y=2cm 时,222 2.510N /m τ-=⨯;y=4cm 时,30τ= 1.6 某流体在圆筒形容器中。
第六、七、八章习题简答6-1 假设自由落体的下落距离s与落体的质量m,重力加速度g及下落时间t有关,试用瑞利法导出自由落体下落距离的关系式。
解:首先将关系式写成指数关系:s=Km a g b t c其中,K为无量纲量,也称无量系数。
各变量的量纲分别为:dim s=L,dim W=MLT-2,dim t= T,dim g=LT-2。
将上式指数方程写成量纲方程:L=( MLT-2) a ( LT-2) b ( T) c根据物理方程量纲一致性原则得到M:0=aL:1=a+bT:0=-2a-2b+c得出a=0 b=1 c=2代入原式,得s=Km0gt2即s=Kgt2注意:式中重量的指数为零,表明自由落体距离与重量无关。
其中系数K须由实验确定。
6-7已知矩形薄壁堰的溢流量Q与堰上水头H、堰宽b、水的密度ρ和动力粘滞系数μ,重力加速度g 有关,试用π定理推导流量公式。
题6-7图解:首先将函数关系设为 F(Q ,H ,b ,ρ,μ,g )=0其中变量数n=6,选取基本变量H 、ρ、g ,这3个变量包含了L 、T 、M 三个基本量纲。
根据π定理,上式可变为 f (π1,π2,π3)=0 式中Q g H c b a 1111ρπ=b g Hc b a 2222ρπ=μρπ3333c b a g H =将各数方程写成量纲形式:)()()(dim 132********---==T L LT ML L T L M c b a π根据量纲的一致性,有: L :a 1-3b 1+c 1+3=0 T :-2c 1-1=0 M :b 1=0得a 1=-5/2,b 1= 0,c 1= -1/2所以 gHQ Q g H 2521251==--π同理可得Hb b H ==-12πgH g H ρμμρπ23211233==---这样原来的函数关系可写成0(2325=),,gH H b g H Q f ρμ 即),gH H b f gHQ ρμ23125(=则5252312((H g Hb f H g g H H b f Q )),==ρμ 6-8 加热炉回热装置冷态模型试验,模型长度比尺λl =5,已知回热装置中烟气的运动粘滞系数为ν=0.7×10-4m 2/s ,流速为υ=2.5m/s ,试求20℃空气在模型中的流速为多大时,流动才能相似。
第八章8-1 根据通用气体常数值8314KM m N m ⋅⋅,计算下列气体的气体常数值R :空气,氧气,氮气,氦气,氢气,甲烷,一氧化碳,二氧化碳。
8-2 当上述气体温度为15℃,求其音速。
8-3 如果上述气体的马赫数M=2,求其实际流速。
8-4 求证c 2v p p 1k K 2=+-。
8-5 输送氩气的管路中装置一皮托管,测得某点的总压力158kN/m 2,静压力104kN/m 2,管中气体温度20℃,求流速:1)不计气体的可压缩特性;2)按绝热压缩流计算。
8-6 求证⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-1)P p (1K 2M K 1k 0。
8-7 已知空气流速V=500m/s ,温度t=15℃,静压p=1atm,试求其M 数,总温T 0和总压p 0。
8-8 空气气流的滞止压强P 0=490kN/m 2,滞止温度T 0=293K,求滞止音速a 0及M=0.8处的音速、流速和压强值。
8-9 氧气罐中的稳定压力P 0=8atm, 温度为t=27℃, 当出流M 数分别为0.8; 1.0; 2.0;求出口的气体流速V ,温度t, 静压P 和密度ρ。
8-10 空气喷管的临界直径d *=10mm ,每秒体积流量为0.1Nm 3/s,当总温T 0=300K ,试计算喷管所要求的总压P 0,临界流速V *,出口速度V 。
已知P b =Pa=1atm 。
8-11 根据上题条件,如果总温提高到420K ,为保证质量流量不变,其总压P 0应如何调整。
8-12 空气拉瓦尔喷管的出口马赫数Me=2,出口直径d e =20cm ,出口压力Pe=1atm,出口温度T e =173K, 试求列未知数:临界断面A *,总温T 0,总压P 0,质量流量m 。
8-13 空气罐中的绝对压强P 0=700kN/m 2,t 0=40℃,通过一喉部直径d=25mm 的拉瓦尔喷管向大气中喷射,大气压强P 2=98.1kN/m 2,求:1) 质量流量m ;2) 喷管出口断面直径d 2;3) 喷管出马赫数M 2。
第八章习题答案选择题(单选题)8.1明渠均匀流只能出现在:(b )(a )平坡棱柱形渠道;(b )顺坡棱柱形渠道;(c )逆坡棱柱形渠道;(d )天然河道中。
8.2水力最优断面是:(c )(a )造价最低的渠道断面;(b )壁面粗糙系数最小的断面;(c )过水断面积一点,湿周最小的断面;(d )过水断面积一定,水力半径最小的断面。
8.3水力最优矩形渠道断面,宽深比/b h 是:(c )(a )0.5;(b )1.0;(c )2.0;(d )4.0。
8.4平坡和逆坡渠道中,断面单位能量沿程的变化:(b )(a )de ds >0;(b )de ds <0;(c )deds=0;(d )都有可能。
8.5明渠流动为急流时:(a )(a )r F >1;(b )h >c h ;(c )v <c ;(d )dedh<0。
8.6明渠流动为紊流时:(a )(a )r F >1;(b )h >c h ;(c )v <c ;(d )dedh<0。
8.7明渠水流由急流过渡到缓流时发生:(a )(a )水跃;(b )水跌;(c )连续过渡;(d )都可能。
8.8在流量一定,渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时,随底坡的增大,正常水深将:(a )增大;(b )减小;(c )不变;(d )不定。
8.9在流量一定,渠道断面的形状、尺寸一定时,随底坡的增大,临界水深将:(b )(a )增大;(b )减小;(c )不变;(d )不定。
8.10宽浅的矩形断面渠道,随流量的增大,临界底坡c i 将:(b )(a ) 增大;(b )减小;(c )不变;(d )不定。
8.11明渠水流如图8-49所示,试求1、2断面间渠道底坡,水面坡度,水力坡度。
解: 3210.0333030i -=== 8 6.50.0530p J -==224 4.58 6.5220.042830g gJ +--==答:1、2断面间渠道底坡0.033i =,水面坡度0.05p J =,水力坡度0.0428J =。
8.12梯形断面土渠,底宽b =3m ,边坡系数m =2,水深h =1.2m ,底坡i =0.0002,渠道受到中等养护,试求通过流量。
解: ()()1.23 1.22 6.48A h b hm =+=⨯+⨯=(m 2)232 1.28.367b b χ=+=+=+⨯=(m )0.7745AR χ==(m ),取0.0225n =(见教材153页表6-4)∴1 3.435Q n===(m 3/s )答:通过流量 3.435Q =m 3/s 。
8.13修建混凝土砌面(较粗糙)的矩形渠道,要求通过流量Q =9.7s m /3,底坡i =0.001,试按水力最优断面设计断面尺寸。
解: 对矩形断面,水力最优断面满足2b h =。
∴22A bh h ==,24b h h χ=+=,∴2242h hR h ==∵1Q A n=0.001i =,0.017n =∴23222h h ⎛⎫⋅=⎪⎝⎭,830.0179.7 4.14nQ h ⨯=== 1.70h =(m ), 3.40b =(m ) 答:断面尺寸为 1.70h =m , 3.40b =m 。
8.14修建梯形断面渠道,要求通过流量Q =1s m /3,边坡系数m =1.0,底坡i =0.0022,粗糙系数n =0.03,试按不冲允许流速[]m ax v =0.8s m /,设计断面尺寸。
解: ∵ max 0.8v v ≤=,∴0.8QA≤,max 1 1.250.8Q A v ≥==(m 2) 又∵[]max 1v v n =≤,即[]2max 3120.502n v R i ≤== 0.366R =∴有 2 1.25hb mh +≥20.366≤即有2 1.253.42hb h b ⎫+≥⎪⎬+≥⎪⎭解得:2 1.870.6840h h -+=0.51.37h ⎧=⎨⎩, 2.012.455b ⎧=⎨-⎩ ∴ 2.00b =(m ),0.5h =(m )答:断面尺寸为 2.00b =m ,0.5h =m 。
8.15已知一钢筋混凝土圆形排水管道,污水流量Q =0.2s m /3,底坡i =0.005,粗糙系数n =0.014,试确定此管道的直径。
解: 取充满度为0.6h dα==,则20.4920A d =,0.2776R d =。
∴ []82233110.49200.2776 1.05750.20.014Q d d d n ==⨯⨯==∴ 0.535d =(m ) 故应取0.75hdα==,则由表8-4查得20.6319A d =,0.3017R d = 831.43570.2d =,0.478d =(m )故取500d =(mm ) 答:管道的直径500d =mm 。
8.16钢筋混凝土圆形排水管,已知直径d =1.0m ,粗糙系数n =0.014,底坡i =0.002,试校核此无压管道的过流量。
解: 满流时的过流量为:232000110.01444d Q A d n π⎛⎫==⋅⋅ ⎪⎝⎭231110.01444π⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭0.996=(m 3/s )对管径为1m 的输水管,取0.80hdα== 由图8-16查得:0.98QQ =,∴0.974Q =(m 3/s ) 解法2:取0.80hdα==,则20.67360.6736A d ==;0.30420.3042R d ==∴230.67360.30420.9730.014A Q n ==⨯=(m 3/s )答:无压管道的过流量0.973Q =m 3/s 。
8.17三角形断面渠道,顶角为90°,通过流量Q =0.83/m s ,试求临界水深。
解: 临界水深满足32CCA Q gB α=其中 2C C A h =,2C C B h =∴ 522C h Q gα=,取 1.0α= ∴ 112255220.80.6659.807C Q h g ⎛⎫⎛⎫⨯=== ⎪⎪⎝⎭⎝⎭(m )答:临界水深0.665C h =m 。
8.18有一梯形土渠,底宽b =12m ,边坡系数m =1.5,粗糙系数n =0.025,通过流量Q =18s m /3,试求临界水深和临界底坡。
解:32CA Q g Bα=()212 1.5C C C C CA h b mh h h =+=+ 2123C C CB b mh h =+=+∴()32212 1.51833.041239.807CC Ch h h +==+ 用试算法求解。
0.6C h =(m )临界底坡满足:2CC C Cg i C B χα=其中:()0.612 1.50.67.74C A =⨯+⨯=m 212313.8C C B h =+=m1220.614.16C χ=+⨯=m22160.006961CCC C CC C g gi C B B R nχχαα===⎛⎫ ⎪⎝⎭答:临界水深0.6C h =m ,临界底坡0.00696C i =。
8.19在矩形断面平坡渠道中发生水跃,已知跃前断面的1Fr,问跃后水深''h 是跃前水深'h 的几倍? 解:))1111222h h ''==⨯='答:跃后水深''h 是跃前水深'h 的2倍。
8.20试分析下列棱柱形渠道中水面曲线衔接的可能形式i 1<i ci 2>i ci 1<i ci 1<i 2<i ci 1>i ci 2<i c解:i 1<i ci 2>i cN 1N 1N 2N 2CCi 1<i ci 1<i 2<i cN 1N 1N 2N 2CC在该点相切2cC N N 28.21有棱柱形渠道,各渠段足够长,其中底坡0<1i <c i , 2i >3i >c i ,闸门的开度小于临界水深c h ,试绘出水面曲线示意图,并标出曲线的类型。
0<i 1<i ci 2>i ci 3>i c (i 3<i 2)C C解:0<i 1<i ci 2>i ci 3>i c (i 3<i 2)CC N 1N 1N 2N 2N 3N 38.22有矩形断面长渠道向低处排水,末端为跌坎,已知渠道底宽b =1m ,底坡i =0.0004,正常水深0h =0.5m ,粗糙系数n =0.014,试求:(1)渠道末端出口断面的水深;(2)绘渠道中水面曲线示意图。
解:(1)确定临界水深C h 。
00010.50.252120.5bh R b h ⨯===++⨯(m )230110.50.250.2830.014Q K A n ===⨯⨯=(m 3/s )()33223C C C bh A Q b h B b gα===∴11322221.00.2830.20219.807C Q h b g α⎛⎫⎛⎫⨯=== ⎪⎪⨯⎝⎭⎝⎭(m )(2)计算水面曲线h0.5 0.4 0.3 0.202 v0.566 0.708 0.943 1.401 2bhR b h =+0.25 0.222 0.188 0.144 161R C n= 56.6955.5854.0651.7122v h e gα+=0.516 0.426 0.345 0.302122R R R += 0.236 0.205 0.166 122C C C += 56.1454.8252.89v0.637 0.826 1.17223210v J C R -=⨯ 0.546 1.107 2.958 el i J∆=∆- 6.696.283.89(3)渠道水面曲线示意图:答:(1)渠道末端出口断面的水深为0.202m ;(2)渠道中水面曲线示意图见上图。
8.23矩形断面长渠道,底宽b =2m ,底坡i =0.001,粗糙系数n =0.014,通过流量Q =3.03/m s ,渠尾设有溢流堰,已知堰前水深为1.5m ,要求定量给出堰前断面至水深1.1断面之间的水面曲线。
解:(1)正常水深计算。
2232300000000111210.0141h h Q A R bh h n n h h ⎛⎫⎛⎫==⋅⋅=⨯⨯⨯ ⎪⎪++⎝⎭⎝⎭∴230000.6641h h h ⎛⎫⨯== ⎪+⎝⎭迭代计算:可得正常水深0 1.04h =m (2)列表计算水面曲线。
h1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 A2.2 2.4 2.6 2.83.0 v1.364 1.25 1.154 1.071 1.0 2bhR b h =+0.524 0.545 0.565 0.583 0.6 161R C n= 64.1364.5664.9565.2965.6022v h e gα+=1.195 1.280 1.368 1.458 1.551122R R R += 0.5345 0.555 0.574 0.5915 122C C C += 64.345 64.755 65.12 65.445 v1.3071.2021.11251.035524210v J C R -=⨯ 7.72 6.21 5.08 4.23 el i J∆=∆- 6.436.586.676.85(2)水面曲线图。