西南交大流体力学离线作业

2012—2013学年第3学期课程离线作业

课程名称：流体力学A

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西南交通大学网络教育学院直属学习中心

第一次作业

33.简述流体的形态特征和力学特征。

形态特征：流体随容器而方圆，没有固定的形状。

力学特征：流体主要承受压力，静止流体不能承受拉力和剪力。

34.一封闭水箱如图所示，已知金属测压计读数Pa，金属测压计中心和容器内液面分别比A点高0.5m和1.5m，试求液面的绝对压强和相对压强

。

解：由得水箱液面的相对压强

绝对压强或93.1kPa

35. 如图所示为测量容器中A点压强的真空计。已知，试求A 点的真空压强及真空度。

解：真空计的测压管中压缩空气内压强变化可忽略不计。由题意

得A点真空压强

及真空度

36. 如图所示绕铰链C 转动的自动开启式矩形平板闸门。已知闸门倾角

为，宽度为，闸门两侧水深分别为和，为避免闸门自动开启，试求转轴C至闸门下端B的距离x。

解：为避免闸门自动打开，由理论力学知必有关系

式中

故

37. 利用检查井作闭水试验检验管径的市政排水管道施工质量。已知排水管堵头形心高程为256.34m，检查井中水面高程为259.04m，试求堵头所受的静水总压力大小。

解：排水管堵头形心处的相对压强

堵头所受的静水总压力

38.如图所示盛水（重度为）容器由半径为 R 的两个半球用 N 个螺栓连接而成，已知测压管水位高出球顶 H ，试求每个螺栓所受的拉力 F 。

解：取上半球为隔离体，由，得

式中为静止液体作用在上半球面上的总压力的铅垂分力，由上半球面的压力体计算得

故每个螺栓所受的拉力为

39. 如图所示水流流经等径直角弯管。已知管径mm，管轴上A、B两点高

差400mm，U形水银差压计读数=300mm，管流速度m/s，相对压强

，，试求相对压强和 A、B两断面间的机械能损失。

解：由差压计原理

得

由伯努利方程

考虑到 ,得A、B两断面间的机械能损失

40. 如图所示，为测流需要，在宽度m的平底矩形断面渠道的测流段，将渠底抬高0.3m。若测得抬高前的水深为1.8m，抬高后水面降低0.12m，水头损失经率定按抬高后流速水头的一半计算，试求渠道流量。

解：上游水深，下游水深

据连续性方程

得（1）

取图示基准面（0-0）、过流断面（1-1、2-2）和计算点（过流断面与液面的交点），从1→2列伯努利方程（）

得（2）

联立（1）、（2）两式，得

故渠道流量

第二次离线作业

19.为研究某铁路盖板箱涵无压过流的水力特征，拟取线性比尺进行水工模型实验。已知原型涵洞的宽度m ，高度m ，洞内设计水深

m和设计流速m/s 。试确定模型的几何尺寸和模型流量。

解：（1）由给定线性比尺计算模型各几何尺寸

模型宽

模型高

模型水深

（2）按弗劳德准则确定模型流速及流量

由弗劳德准则，得流速比尺，故

流速

流量

20. 已知钢筋混凝土输水管道的水力半径，水以均匀流流过1km长度上的水头损失，管壁粗糙系数，试求管中的流速和流量

。

解：由谢才公式和曼宁公式,得流速

流量

21. 水从封闭容器A经直径、长度的管道流入容器B。已知容器A内水面上的相对压强，沿程阻力系数；

局部阻力系数，进口、阀门、弯道、出口，试求管路的通过流量。

解：取图示基准面（0-0）、过流断面（1-1、2-2）及计算点，从1→2列伯努利方程

得

管路流量

22. 一城市排污渠道采用倒虹吸管穿过河流，如图所示。已知污水流量

，管道沿程阻力系数，管道进口、弯头和出口的局部阻力系数分别为，管长，上、下游渠道的流速均为。

为避免污物在管中沉积，要求管中流速不得小于，试确定倒虹吸管的管径

及倒虹吸管两端的水位差。

解：据题意

得

取标准管径。管中流速

取图示基准面（0-0）、过流断面（1-1、2-2）及计算点（与液面交点），从1→2列伯努利方程

考虑到，得

23. 试按水力最优条件设计一路基排水沟的断面尺寸。设计流量，沟底坡度依地形条件采用，断面采用边坡系数的梯形，并用小片石干砌护面（粗糙系数）。

解：将和

代入明渠均匀流基本公式，得

取渠道断面尺寸

第三次离线作业

1、 简述堰流的定义及堰的分类。

答：水利工程中为了泄水或引水，常修建水闸或溢流坝等建筑物，以控制河流或渠道的水位及流量。水流受闸门控制而从建筑物顶部与闸

门下缘间孔口流出时，这种水流状态叫做闸孔出流。当顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，闸门对水流不起控制作用时，水流从建筑物顶部自由下泄，这种水流状态称为堰流。

工程上通常按照堰坎厚度δ与堰上水头H 的比值大小及水流的特征将堰流分作：

1．薄壁堰流：即 。

2．实用堰： 即 。

3．宽顶堰流：即 。

2、试设计一跨越矩形过流断面的小桥孔径 。已知河道设计流量（据水文计算得)

m 3/s,桥前允许壅水水深

m ，桥下铺砌允许流速

m/s ，桥下游水深m ，选定小桥进口形式后知

，

取动能修正系数。

解：从

出发进行设计：

①判别流动状态

因

，故小桥过流为自由式。

②计算孔径

取标准孔径

③校核

，已转为淹没式过流。

67

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δ5.267.0<

δ

105.2<

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