《水力学》课后习题答案 吴持恭主编 高等教育出版社2003年1月第3版(1)

《水力学》课后习题答案 吴持恭主编 高等教育出版社2003年1月第3版(1) 《水力学》课后习题答案 吴持恭主编 高等教育出版社2003年1月第3版(1) 习题答案 0 绪论 0.1 ρ,816.33kg/m3 0.2 当y=0.25H时 du dydudy 1.058umH 当y=0.5H时 0.4 f = g 0.84umH 0.5 h的量纲为[L] 0.6 Ff,184N 0.7 K=1.96×108N/m2 dp=1.96×105N/m2 1 水静力学 1.1 Pc=107.4KN/m2 h=0.959m 1.2 PB-PA=0.52KN/m2 PAK=5.89KN/m2 PBK=5.37KN/m2 1.3 h1=2.86m h2=2.14m 方向向下垂直底板 P,0 1.9 W=34.3rad/s Wmax=48.5rad/s 1.10 a=2g(H,h) L 1.12 当下游无水 P =3312.4KN(?) P2=862.4KN(?) 当下游有水 P =3136KN(?) P2=950.6KN(?) 1.13 T=142.9KN 1.14 当h3=0时T=131.56KN 当h3=h2=1.73m时 T,63.7KN 1.15 0,0转轴距闸底的距离应为1.2m 1.16 P=4.33KN LD=2.256m(压力中心距水面的距离) 1.17 P=567.24KN 1 1.19 P,45.54KN 总压力与水平方向夹角 ,14º28? 1.20 P =353KN P =46.18KN 方向向下 1.21 H=3m 1.22 =1.0cm 1.23 F=25.87KN (?) 2 液体运动的流束理论 2.1 Q=211.95cm3/s V,7.5cm/s 2.2 hw=3.16m 2.3 p2 =2.35m 2.4 PK1=63.8KN/m2 2.5 Q=0.00393m3/s 2.6 Q=0.0611m3/s 2.7 =0.985 2.8 Q=0.058m3/s 2.9 S点相对压强为,4.9N,cm2，绝对压强为4.9N/cm2 2.10 V3=9.9m/s Q=0.396m3/s 2.11 R =391.715KN(?) 2.12 R=3.567KN 合力与水平方向夹角 ,37º8? 2.13 R =98.35KN(?) 2.14 R =2988.27KN(?) 2.15 R =1.017KN(?) 2.16 R ,=153.26KN(?) 2.17 =2 2.18 F=mv R243 2.19 Q= 2gH2.5 2.20 F=CdL2 22 2 2.21 pA 2.44m pB 4.44m 2.22 Q1=Q 2(1,cos ) Q2 Q2(1,cos ) 2.23 R=2145KN =54º68? 2.24 m=3.12kg 2.25 T充,24分34秒 T放,23分10秒 3. 液流型态及水头损失 d增加，Re减小 Re=198019.8>2000 紊流 3.3 Re=64554>500紊流 3.4 0 0.0096cm 3.5 v u0 23h 当ux v时 ym 0.577 3.6 Qmin 0.1654m/s 0 33.24N/m2 3.7 当Q=5000cm3/s时，Re=19450紊流 0 0.2 光滑管区 0.027 当Q,20000cm3/s时 Re=78200紊流 0.026 0 0.775过渡粗糙区 当Q,200000cm3/s时 Re=780000紊流 0 7.1 粗糙区 0.023 若l,100m时Q,5000 cm3/s时 hf=0.006m Q=2000 cm3/s时 hf=0.09m Q ,200000 cm3/s时 hf=7.85m 3.8 ,0.042 3.9 n=0.011 3.10 =0.29 3.11 Q=0.004m3/s 3.12 h=0.158m 3.13 Z=11.1m 3 3.14 =24.7 4 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/s 4.2 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/s 4.3 Qmax=0.0268 m3/s Z=0.82m 4.4 当n=0.011时 H=7.61 m 当n=0.012时 H=7.0 m 4.5 Ht=30.331m 4.6 n取0.012 Q=0.5 m3/s hvmax=5.1m 4.7 n取0.0125时 HA,21.5m水柱高 4.8 Q1=29.3L/s Q2=30.7L/s =135.21m 4.9 H=0.9m 4.10 Q2=0.17 m3/s Q3=0.468 m3/s 4.11 Q1=0.7 m3/s Q2=0.37 m3/s Q3=0.33 m3/s 4.12 H1=2.8m 4.13 Q=0.0105 m3/s PB=10.57KN/m2 4.14 Q1=0.157 Q2 5 明渠恒定均匀流 5.1 V=1.32m/s Q=0.65 m3/s 5.2 Q=20.3 m3/s 5.3 Q=241.3 m3/s 5.4 h=2.34m 5.5 h=1.25m 5.6 b=3.2m 5.7 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=0.0042 4 5.9 i=1/3000 V=1.63m/s<V允 满足通航要求 5.10 n=0.02 V=1.25m/s 5.11 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=1.56m 5.12 hf=1m 5.13 Q=4.6 m3/s 5.14 Q=178.2m3/s 5.15 hm=2.18m bm=1.32m i=0.00036 5.16 2=119.87m Q1=45.16m3/s Q2=354.84 m3/s 6 明渠恒定非均匀流 6.1 Vw=4.2m/s Fr=0.212 缓流 6.2 hk1=0.47m hk2=0.73m h01=0.56m> hk1缓流 h02=0.8m> hk2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 0.97~1.50间前段ɑ1型，两闸门间ɑ1型，后段C1型接水跃。 S=3497.9m 6.12 S=129.462m 6.11 6.13 进口断面 b=8m h=1.37m 中间断面b=6m h=0.82m s进一中,49.71 出口断面 b=4m h=1.07m s中一出,50.18 图略 7 水跃 7.1 h1=0.301m 7.2 Fr1=9.04>9.0 强水跃 h2=6.15m 5 7.3 Ej=14.23m Pj=6972.7Kw Ejj=0.40m E=14.63m Kj=37.5m 7.4 Lj=6.73m =1060 h2=1.7m 7.5 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。 h1,h01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/s 8.2 b=30.52m 8.3 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 X’ 0,75.634m Y0=45.85m D点坐标XD,55.155m 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，Q,6167.8 m3/s 当上游水位为269.0m时Q ,7565.2 m3/s 当Q,6000 m3/s时 8.4 当 H下游上游,266.53m 下游,17.75时 Q,414.9 m3/s 当 H,16.70时 Q,702.2 m3/s 8.5 Q=8987.8 m3/s 8.6 =2.7 2.5<<10 宽顶堰 Q,91.5 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" c=7.145m Q=202.44 m3/s 当 下游,14 时 Q,157.9 m3/s 8.8 Q=24.84 m3/s 8.9 B=5.8m 8.10 e=1.07m 8.11 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" c=4.21m 远驱式水跃 9.2 hc=0.31m h" c=1.89m 远驱式水跃 6 " 9.3 以h1求其跃后水深 h1=2.32m>ht 远驱式水跃，如水跃从1,1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=19m 9.5 hc=0.99m h"c=14.3m>ht 产生远驱式水跃 坝高C,8.54m LK,(61.2,70)m，取LK=65m 9.6 l=142.9m ts=9.46m i=0.074<ik= 12.5 1 ,冲刷坑不会危及坝的安全。 5 10 有压管中的非恒定流 10.1 T=1.24s>Ts 直接水击 H,9.87m l= T=9.67m 10.2 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 H,227.07m ,88960.5KN,m3 当管壁厚度不变 D,400mm时， P=1170.8 KN,m2 10.4 H200 309.27m 10.5 H1A=75.2m H2A=67m 10.6 t=0.71s v=0 dvdt =1.96 m/s2 11 明渠非恒定流 11.1 tA=0.68h tB=0.768h 11.2第二时段波向下游传播，距1断面距离为2800m,每流段 S,4000m,共分7 12 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 x2，y2=C2 12.5 P=P0, 9 4 (x,y) 2 2 14 恒定平面势流 7 14.1 u =ɑ ,, u =-ɑ 4=ɑ +c 14.4 AB=2ɑ m3/s.m 15 渗流 15.1 q=0.868cm3/s.m 15.3 1.53m 15.4 q=2.36×10-5m3/s.m Q=4×10-5m3/s.m 18 相似原理和模型试验基础 18.2 Qp=322m3/s Hp=3.0m Vp=15m/s 18.3 v=5.1 Q=3447 t=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.m 1.5.5 Q L h c (18.3 v= 0h v h ) 0.5 8