能或压能一个角度比较） 16总流的动量方程为,试问: （１)中包括哪些力？（2）如果由动量方程求得的力为负值说明什么问题? 答：(1)一般为表面力、重力，（惯性力、摩擦力、弹性力含在待求的力中了） （２)求得的力为负值说明原假设的力的方向不对，反向即可。 17.圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同? 答: 层流为抛物线分布,紊流为对数曲线分布.(也可以画图) 18 简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数λ的变化规律。 答： 尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数λ的变化规律,文字表述或数学公式表述. 层流:;水力光滑区: ;过渡粗糙区: 粗糙区(阻力平方区) : . 1９.写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，并说明其层流、紊流的判别标准? 答: 管流: (层流) (紊流) ２０.雷诺数的物理意义?它为什么能用来判别流态? 答: 雷诺数实质是反映粘性力与惯性力之比。层流时惯性力不大,而粘性力占主导,受粘性力的约束,流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导,受到干扰形成涡体，当粘性力约束不了涡体时，流体质点互相掺混，所以用雷诺数可以来判别流态。 2１．当输水管直径一定时,随流量增大,雷诺数是增大还是减少？当输水管流量一定时,随管径加大,雷诺数是增大还是减少？ 答： 当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数增大； 当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数变小。 2２.两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体,它们的临界雷诺数是否相同? 答：不一定 23.能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么? 答: 有沿程能量损失和局部能量损失两种。一是因为流体具有粘滞性,二是因为固体边界条件的影响。 24.为什么管嘴出流时，阻力增加了,泄流量反而增大? 答：因为在管嘴进口收缩断面处形成了负压，相当增加了作用水头,在相同条件下管嘴出流比孔口出流的流量大。 25写出薄壁小孔口出流的收缩系数，流速系数和流量系数的表达式。 略 ２６. 外延管嘴正常工作的条件是什么? 答:管嘴长:，作用水头 : 27.为什么外延管嘴出流比同等条件下孔口出流的流量大? 答：（略) 28.简述明渠均匀流的水力特征及其形成条件。 答: 明渠均匀流的水力特征: ① 底坡线,水面线,总线头线三线平行,即， ②水深,过水断面面积A,断面平均流速及断面流速分布沿程不变。 明渠均匀流形成条件: ① 流量恒定。 ② 必须是长
直棱柱形渠道，糙率不变。 ③ 底坡不变。 29.简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。 答: 明渠水流分为缓流、急流、临界流。 个判别方法有： ① 干扰波：波速C=,＝C为临界流，c为急流； ② 弗劳德数：弗劳德数Fr＝,Fr＝1临界流，Fｒ〈 １ 缓流，Fr〉1 急流; ③ 临界水深： 缓流，临界流, 急流， ④ 临界底坡：缓流,临界流,急流。 30.简述明渠恒定非均匀流的水力特征 答: ①过水断面面积A,水深，沿程改变。即 ③坡线,水面线，总线头线三线不再平行，即， 四.计算题 １. 解:画出U形管处等压面,空气密度不计, 设空气压强为P0。 则PB=ρｇｈB＋ Ｐ０ (1） pＡ+ρghA＝ρHｇ△ｈ+ P0 (2) 联立（1）(2)式,消掉P0 得：ｐＢ-ρghB=ρgｈＡ-ρＨg△h PＡ-ｐB=ρHg△h-ρg(hA＋hB) pA-pB=１3.６×9.8×O．５-9．８(1+１)=4７.０4kN／m2 答：A、B两点压强差为47．04kＰa。 2. 解：(１)求各管中的断面平均流速: 由连续性方程v１=ｖ3A３/A1=(d3/d1)２ｖ３=(0.０２５／０．０75)2×1=0.111m/s V2=v３A３/Ａ2＝(d３/ｄ２）２v3=(0.０２5／０.05)2×1=0．２５m/s （２)求作用水头Ｈ=０.0５1+0.00１99＋0.０1４35+0．４3３67=0.5０1m 3. 解:a) 画压力体图、投影面压强分布图。 水平分力： Px=ρghｃAx＝９．8×(3+1)×2×2＝１5６．8kＮ(向右） 铅垂分力：Pz=ρgV＝gρ（S矩＋S扇）·B =9.8×(２×３+22π/４)×2 ＝179.144kN(向上) 总压力:p＝ px２+pｚ2 ＝２3８.07kN ｂ)总压力与水平面的夹角： α=ａrctａnＰz/Ｐx=aｒcｔan17９．1４4/1５6．8＝48.８。 答：作用于闸门上的静水总压力为２38．０７kN,总压力与水平面的夹角为4８．8。。 ４. (1)求叉管中流量及各管中流速 Q2=Q3=Ｑ／2＝0.3m3/s V1=4Q/πd１2＝1．5６m/s V2=v3=4Q2／πd221．５３m/s 2）求Ｂ-Ｂ,C-C断面压强及Ａ－A，B-B,C-C断面压力,列A－A,Ｂ-Ｂ能量方程： O+ｐA／pg+αv12/2ｇ=O＋pB/pｇ+αｖ2２／２ｇ pB/pg=ｐＡ/pg＋v１２/２g- v22/２g＝7．15（水柱) 因为叉管对称，所以pB=pC pB=ｐC=7．１5×９．8=70．0７kN/m。 所以 PＡ=ｐＡπd12/4=2６．9２55ｋN ＰＢ=PC=ｐBπd22/4＝ 13．75kＮ(7分） (3)列动量方程求水流对镇墩的水平推力: 设镇墩对水的作用力为Ｒ方向向左，列出方程: (ρQ2β２v2cｏｓ３0°＋ρQ3β3ｖ３coｓ30°）- ΡQ1β1ｖ1=
ＰＡ-PＢ cｏs３0°－PＣ cｏs30°-Ｒ R=26.９２55-2*１３.８ coｓ30°－(２*0．3＊1.５3 cos30°-0.6*1.56) =2６.9255-２3.9023-(0.795－0.936) ＝3.１6KＮ 答:水流对镇墩的水平推力为３.16kN方向向右 （ 5. 解:①画出1—2等压面 p２=ρＨg△h2 ②p1＝p。+ρg×Ｏ．4+ρｇ△h1 (6分） 因为 p１=p2 所以p０=ρＨｇ△h2—ρg(0.4+△hl） =1３．６×９．8×O.85—９.8（0．4+O.4）一１05.4５kＮ/m2。 ③水体重力沿水流方向的分力等于摩阻力，或日:重力功等于阻力功。 ６. 解：判断水流流向，要比较单位重量流体总的机械能 ＥＡ=zA+PA/ρｇ＋αｖ12/2g （１) EB=zB+PＢ/ρｇ＋αv3２/２ｇ (2） 又，ｖ１=4Q/πd2A=1.22m／ｓ pA＼ρｇ=７．8/９.8=0.796ｍ(水柱) V2＝４Q／πｄ２B=0．4７8ｍ/ｓ pb\\ρg=4.9/9.８=0.5m(水柱) 代入（1）式:EA=0+0.769＋1．222/2*9．８=0.８4５ ｍ（水柱) 代入(2）式：EB=1.０+0．5+０．４７82/２*9.8＝1.５117 ｍ(水柱) 因为ＥB>EA 所以水流是从B流向A 7. 解：(1)以渠底为基准面,列能量方程,求通过流量: h+0+v0２/２g=ｈc+0＋ｖc２/2g+0.5ｖc2/2g (1) 依连续方程:vc=BＨv０/Bｈc=Hv0／hｃ=５Ｖ0 代入(1)式得： 2.5＋v02/２g=０．5+１.5ｖc２／２g=０.5+1．5(5.0vｃ)2／２ｇ =0.５+37.5v02/２g 36.5v0２/２g=２.0 v0=1.037ｍ/s ｖc=5．0v0=5．1８m／ｓ 答:水箱内水面的相对压强户。为105．45kN/ｍ2。（2）选择控制体，分析外力，列动量方程求作用于平板闸门上的动水总压力: P1=1/2ρgh2Ｂ=６1.2５KN(方向向右) Pc=1/２ρghc２Ｂ=2.45KN(方向向左) 设闸门对水的作用力为R,方向向左。 列动量方程： pQ(β2ｖc-β1v０) =Ｐ1-Pc－R R=Ｐ1－PＣ－ρQ(vc－v0）=3７.34KＮ 答:作用于平板闸门上的动水总压力为37.34kN，方向向右。 8. 解:(1)取1—1~2—2断面,以1—１断面为基准面,列能量方程： 0+０＋０=hｓ+ｐ２/ρｇ＋αv22/2ｇ+hw=hs+(α+λl/ｄ+ξ阀+ξ弯）v２2／2g+Ｐ２/ρg 又管中流速： Ｖ=4Ｑ／πd２＝2.0４m/s 代人数据，p2/ρg＝－5.166m(水柱） (2)因为水泵进口压强为一5.166ｍ(水柱)，即真空高度为5．166m。小于水泵允许真空高度为hv＝6.０m（水柱) 所以该水泵安装合理。 答：水泵进口压强为-5．166m（水柱），该水泵安装合理 ９. 解：①画出相对压强分布图, ② 计算各侧静水压力, ③ 求静水总压力的大小 ④列
力矩平衡方程求静水总压力的作用点位置。 P=24.5 1.２6７m(作用点到底部的距离) 10. 解: (1) 因为不计管路的水头损失，此题为理想流体的流动。 ①因为是理想流体，作用水头完全转化为动能。 ②先解出第3条管中断面平均流速,在求流量。 答案： （2）绘出管路的测压管水头线及总水头线步骤： ①因为是理想流体,不计水头损失，故总水头线为水平。 ②计算各段流速水头 。 ③总水头线下方减去１个流速水头得测压管水头线。(测压管水头线及总水头线图,略）
流体力学大作业
