水动力学基础

第三章 水动力学基础

3-1 某管道如图示，已知过水断面上流速分布为⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫

⎝⎛-=2

01r r u u

m a x

，m a x u 为管轴

线处的最大流速，0r 为圆管半径，u 是距管轴线r 点处的流速。试求断面平均流速V 。

3-2 有一倾斜放置的渐粗管如图示，A －A 与B －B 两个过水断面形心点的高差为1.0m 。A －A 断面管径mm d A 150=， 形心点压强2568m KN p A .=。B －B 断面管径mm d B 300=,形心点压强258m KN p B =，断面平均流速s m V B 51.=，试求：⑴ 管中

水流的方向；⑵两断面之间的能量损失；⑶ 通过管道的流量。

题3-1图 题3-2图

3-3 图示为一管路突然缩小的流段。由测压管测得1－1断面压强水头

m p 011

.=γ

,已

知1－1、2－2过水断面面积分别为21030m A .=，22010m A .=，形心点位置高度m Z 521.=, m Z 022.=，管中通过流量Q=20 L/s ，两断面间水头损失g

V h w 23

02

2

.=。试

求2－2断面的压强水头及测压管水头，并标注在图上。

3-4 图示一矩形断面平底渠道。宽度B=2.7m ，河床在某处抬高m Z 30.=∆，若抬高前的水深H=2.0m ，抬高后水面跌落m Z 20.=∆，不计水头损失，求渠道中通过的流量Q 。

3-5 水轮机的锥形尾水管如图示。已知A －A 断面的直径mm d A 600=，断面平均流速s m V A 5=。出口B －B 断面的直径mm d B 900=，由A 到B 的水头损失g

V h A

w 2202

.=。 试

求当m Z 5=时，A －A 断面的直空度。

3-6 某虹吸管从水池取水，如图所示。已知虹吸管直径mm d 150=，出口在大气中。水池面积很大且水位保持不变，其余尺寸如图所示，不计能量损失。试求：⑴ 通过虹吸管的流量Q ；⑵ 图中A 、B 、C 各点的动水压强；⑶ 如果考虑能量损失，定性分析流量Q 如何变化。

3-7 水箱侧壁接一段水平管道，水由管道未端流入大气。在喉管处接一段铅垂向下的细管，下端插入另一个敞口的盛水容器中，如图所示。水箱面积很大，水位H 保持不变，喉管直径为2d ，管道直径为d ，若不计水头损失，问当管径之比2

d d 为何值时，容器中的水

将沿细管上升到h 高度。

3-8 测定水泵扬程的装置如图所示。已知水泵吸水管直径mm d 2001=，水泵进口真空表读数为4m 水柱。压水管直径mm d 1502=，水泵出口压力表读数为2at(工程大气压1at=98000Pa)，1－1、2-2两断面之间的位置高差m Z 50.=∆，若不计水头损失,测得流量s m

Q 3

060.=，水泵的效率80.=η。试求水泵的扬程P H 及轴功率P N 。

3-9 某泵站的吸水管路如图所示，已知管径mm d 150=，流量s L Q 40=，水头损失（包括进口）m h w 01.=，若限制水泵进口前A －A 断面的真空值不超过7m 水柱，试确定水泵的最大安装高程。

3-10 图示为一水平安装的文丘里流量计。已知管道1－1断面压强水头

m p 111

.=γ

，

管径mm d 1501=， 喉管2－2断面压强水头

m p 402

.=γ

， 管径mm d 1002=, 水头损失

g

V h w 23

02

1

.=。试求：⑴ 通过管道的流量Q ；⑵ 该文丘里流量计的流量系数μ。

3-11 图示一倾斜安装的文丘里流量计。管轴线与水平面的夹角为α，已知管道直径mm d 1501=，喉管直径mm d 1002=，测得水银压差计的液面差cm h 20=∆，不计水头

损失。试求：⑴ 通过管道的流量Q ；⑵ 若改变倾斜角度α值，当其它条件均不改变时，问流量Q 是否变化，为什么?

3-12 某管路系统与水箱连接，如图所示。管路由两段组成，其过水断面面积分别为

2

1040m A .=，2

2030m A .=，管道出口与水箱水面高差H=4m ，出口水流流入大气。若

水箱容积很大，水位保持不变，当不计水头损失时，试求：⑴ 出口断面平均流速V 2，⑵ 绘制管路系统的总水头线及测压管水头线，⑶ 说明是否存在真空区域。

3-13 水箱中的水体经扩散短管流入大气中，如图所示。若1－1过水断面直径mm d 1001=，形心点绝对压强2

1239m KN p .=，出口断面直径mm d 1502=，不计能

量损失，求作用水头H 。

3-14 在矩形平底渠道中设平板闸门，如图所示。已知闸门与渠道同宽m B 3=，闸前水深H=4.5m ，当流量s m Q 337=时，闸孔下游收缩断面水深m h c 61.=，不计渠底摩擦阻力。试求水流作用于闸门上的水平推力。

3-15 水流经变直径弯管从A 管流入B 管，管轴线均位于同一水平面内，弯管转角︒=45α，如图所示。已知A 管直径mm d A 250=，A －A 断面形心点相对压强

2

150m KN p A =，B 管直径mm d B 200=，流量s m

Q 3

10.=，若不计水头损失，试求

水流对弯管的作用力。

3-16 某压力输水管道的渐变段由镇墩固定，管道水平放置，管径由mm d 15001= 渐缩到mm d 10002=，如图所示。若1－1过水断面形心点相对压强2

1392m KN p =，通过的流量s m

Q 3

81.=。不计水头损失，试确定镇墩所受的轴向推力。如果考虑水头损

失，其轴向推力是否改变?

3-17 有一水平射流从喷嘴射出，冲击在相距很近的一块光滑平板上，平板与水平面