张效先-高学平水力学答案第四章

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第二章作业答案2-9 10(1.5 1.0)53.9a p p g p kpa ρ=+--=11151.9abs a p p p kpa =+= 20(1.50.5)58.8a p p g p kpa ρ=+--=22156.8abs a p p p kpa =+=1212 6.5p pZ Z m g gρρ+=+= 2-11 略2-120(2.50.9)(2.00.9)(2.00.7)(1.80.7)0Hg Hg p g g g g ρρρρ+---+---=0265p kpa =2-14 受压面为矩形平面 76.38c P gh kN ρω==34112c b a J m ⋅==289c D c c J y y y ω=+= 所以，作用点至A 点的距离 10'29D y y '=-= 根据合力矩守恒2cos 60'84.9o T P y T kN⋅=⋅=2-18 c P gh ρω=(sin 60)2146.5o ag H abkNρ=-⋅= sin 60(cos 60)o o T G G P f =⋅++⋅45.9T kN =闸门的静水压强分布图为梯形，根据梯形的压力中心距底部距离的计算公式12122()3h h a e h h +=+ 21sin h H h H a θ==-1.13e m =2-21 仅考虑左侧水：11144.1x c x P gh kN ρω== （→） 1134.6z P gV kN ρ== （↑）仅考虑右侧水22211.03x c x P gh kN ρω== （←）2217.32z P gV kN ρ== （↓）综合两侧水1233.08x x x P P P kN =-= (→)1217.32z z z P P P kN =-= （↑） 总压力37.34P kN ==tan ZxP P θ=2-23 分析上半球0x P =232[()]3ZP gVT n n g R H R R n ρρππ===+-第三章作业答案3-32max 000.0342max max 00[(1())]1/20.212/rrQ ud u d r u u r r L sωωωωπ==-=-⋅⋅=⎰⎰0.075/Qv m s ω==3-6 根据连续性方程123Q Q Q =+34/v m s =3-7根据连续性方程123Q Q Q =+234ωω= 22231482.3370.58m mωω==3-11建立能量方程22111222121222122122()2.252hg p p v p v z z g g g gz z p p v v h m g g ααρρρρρρ++=++=---===油油油油油51.1/Q L s μ==3-15在图上12d d 和断面建立能量方程2211122212122220p v p v z z g g g gz z p ααρρ++=++==联立连续性方程 1122v v ωω= 2 4.9/v m s = 在图自由液面和2d 断面建立能量方程221.232v H m g== 3-18 建立能量方程22111222121212221.8 1.680p v p v z z g g g gz m z mp p ααρρ++=++====连续性方程12211.8(1.80.30.12)1.3v v v v ⋅=--⋅=⋅13111.23/5.98/v m s Q v m sω===3-20建立的坐标系比较特别，X 轴沿着1Q 方向，Y 轴与X 轴垂直 根据能量方程可知1268.1/v v v m s ===建立动量方程，沿X 轴方向：11221212cos 600cos 60o oQ v Q v Q v Q Q Q Q Q Qρρρ--=-=+=连续性方程12(1cos 60)2(1cos 60)2o o QQ QQ =+=-313225.05/8.35/Q m s Q m s==建立动量方程，沿Y 轴方向：0(sin60)1969o y R Q v N ρ=--=3-23 在A-A ，B-B 断面间建立能量方程2.4/3.8/A b v m s v m s==221112221212222175.7p v p v z z g g g gz z p kNααρρ++=++==在A-A ，B-B 断面间建立动量方程沿X 轴方向：1cos 60(cos 60)sin 60sin 60o o A A B B x B ooB B y B p v p v R Q v v p v R Qv ρρ--=-+=-54555984y x R N R N==3-24 （1）建立能量方程2212120022v v h h g g++=++连续性方程1122h v h v =3228.9215)998(v v +⨯⨯=+ 0294107232=+-v v s m v /512.82= m h v v h 762.15512.831212=⨯==（2）以1-1断面和2-2断面之间的水体为控制体，并假设整个坝面对水体的水平反力为F '。

0 绪论绪论绪论 1 水静力学水静力学2 液体运动的流束理论液体运动的流束理论3 液流型态及水头损失4 有压管中的恒定流有压管中的恒定流5 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流6 明渠恒定非均匀流明渠恒定非均匀流7 水跃水跃8 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流9 泄水建筑物下游的水流衔接与消能泄水建筑物下游的水流衔接与消能 10 有压管中的非恒定流有压管中的非恒定流 11 明渠非恒定流明渠非恒定流12 液体运动的流场理论液体运动的流场理论 14 恒定平面势流恒定平面势流 15 渗流渗流18 相似原理和模型试验基础相似原理和模型试验基础绪论 0.1 ρ＝816.33kg/m 30.2 当y =0.25H 时Hu dy dum 058.1» 当y=0.5H 时Hu dy du m 84.0»0.4 f = g0.5 h 的量纲为[L] 0.6 F f ＝184N0.7 K=1.96×K=1.96×10108N/m 2 dp=1.96×dp=1.96×10105N/m 21 水静力学1.1 Pc=107.4KN/m 2h=0.959m 1.2 P B-P A=0.52KN/m 2 P AK=5.89KN/m 2P BK=5.37KN/m 21.3 h 1=2.86m h 2=2.14m 内侧测压管内油面与桶底的垂距为5m ，外侧测压管内油面与桶底的垂距为4.28m 。

1.4 Pc=27.439KN/m 2 1.5 P M =750.68h KN/m 2 1.6 P 2-p 1=218.05N/m 21.7 g =BA Br A r B A ++1.8 P=29.53KN 方向向下垂直底板方向向下垂直底板P ＝0 1.9 W=34.3rad/s W max =48.5rad/s 1.10 a=Lh H g )(2-1.12 当下游无水当下游无水P x =3312.4KN(→) P 2=862.4KN(↓) 当下游有水当下游有水 P x =3136KN(→) P 2=950.6KN(↓) 1.13 T=142.9KN1.14 当h 3=0时T=131.56KN 当h 3=h 2=1.73m 时 T ＝63.7KN 1.15 0－0转轴距闸底的距离应为1.2m1.16 P=4.33KN L D =2.256m(压力中心距水面的距离) 1.17 P=567.24KN1.19 P ＝45.54KN 总压力与水平方向夹角f ＝14º14º28´28´ 1.20 P x =353KN P z =46.18KN 方向向下方向向下 1.21 H=3m 1.22 d =1.0cm 1.23 F=25.87KN (←)2 液体运动的流束理论2.1 Q=211.95cm 3/s V ＝7.5cm/s 2.2 h w =3.16m 2.3 g2p =2.35m2.4 P K 1=63.8KN/m 2 2.5 Q=0.00393m 3/s 2.6 Q=0.0611m 3/s2.7 m =0.9852.8 Q=0.058m 3/s2.9 S 点相对压强为－4.9N ／cm 2，绝对压强为4.9N/cm 2 2.10 V 3=9.9m/s Q=0.396m 3/s 2.11 R x =391.715KN(→)2.12 R=3.567KN 合力与水平方向夹角b ＝37º37º8´8´ 2.13 R x =98.35KN(→) 2.14 R x =2988.27KN(→) 2.15 R x =1.017KN(←) 2.16 R x =153.26KN(→)2.17 a =2 34=b2.18 F=Rmv 22.19 Q=g 2m H 2.52.20 F=C d L 222rm2.21 m p A 44.2=g m p B44.4=g2.22 Q 1=+1(2Q cos )a )c o s 1(22a-=QQ 2.23 R=2145KN a =54º=54º68´68´ 2.24 m=3.12kg2.25 T 充＝24分34秒 T 放＝23分10秒3.液流型态及水头损失 3.1 d 增加，Re 减小减小 3.2 R e =198019.8>2000 紊流紊流 3.3 R e =64554>500紊流紊流3.4 cm 0096.00=d3.5 320=u v 当时v u x = h y m 577.0» 3.6 Q3min1654.0m =/s20/24.33m N =t 3.7 当Q=5000cm 3/s 时，Re=19450紊流紊流 200=Dd光滑管区0270=l 当Q ＝20000cm 3/s 时 Re=78200紊流 775.00=Dd 过渡粗糙区026.0=l当Q ＝200000cm 3/s 时 Re=780000紊流紊流 1.70=Dd 粗糙区粗糙区 023.0=l若l ＝100m 时Q ＝5000 cm 3/s 时h f =0.006m Q=2000 cm 3/s 时 h f =0.09m Q ＝200000 cm 3/s 时 h f =7.85m 3.8 l ＝0.042 3.9 n=0.011 3.10 x =0.293.11 Q=0.004m 3/s 3.12 D h=0.158m 3.13 Z=11.1m 3.14 x =24.74有压管中的恒定流 4.1 当n=0.012时 Q=6.51 m 3/s 当n=0.013时Q=6.7m 3/s 当n=0.014时Q=6.3 m 3/s 4.2 当n=0.0125时 Q=0.68 m 3/s 当n=0.011时 Q=0.74 m 3/s 当n=0.014时 Q=0.62 m 3/s 4.3 Q m ax =0.0268 m 3/sZ=0.82m 4.4 当n=0.011时 H=7.61 m 当n=0.012时 H=7.0 m 4.5 H t =30.331m4.6 n 取0.012 Q=0.5 m 3/s h m ax v =5.1m 4.7 n 取0.0125时 H A ＝21.5m 水柱高水柱高 4.8 Q 1=29.3L/s Q 2=30.7L/s Ñ=135.21m4.9 H=0.9m4.10 Q2=0.17 m3/s Q3=0.468 m3/s4.11 Q1=0.7 m3/s Q2=0.37 m3/s Q3=0.33 m3/s4.12 H1=2.8m4.13 Q=0.0105 m3/s P B=10.57KN/m24.14 Q1=0.157 Q25 明渠恒定均匀流5.1 V=1.32m/s Q=0.65 m3/s5.2 Q=20.3 m3/s5.3 Q=241.3 m3/s5.4 h=2.34m5.5 h=1.25m5.6 b=3.2m5.7 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故不满足不冲流速的要求5.8 当n=0.011时 i=0.0026 Ñ=51.76m当n=0.012时 i=0.0031 当n=0.013时 i=0.0036当n=0.014时 i=0.00425.9 i=1/3000 V=1.63m/s<V允 满足通航要求满足通航要求5.10 n=0.02 V=1.25m/s5.11 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=1.56m5.12 h f=1m5.13 Q=4.6 m3/s5.14 Q=178.2m3/s5.15 h m=2.18m b m=1.32m i=0.000365.16Ñ=119.87m Q1=45.16m3/s Q2=354.84 m3/s26 明渠恒定非均匀流6.1 V w=4.2m/s Fr=0.212 缓流缓流6.2 h k 1=0.47m h k 2=0.73m h 01=0.56m> h k 1缓流缓流h 02=0.8m> h k 2缓流缓流6.3 h k =1.56m V k =3.34m/s V w =5.86m/s h k > h 0缓流缓流 V w >V 缓流缓流 6.5 i K =0.00344> i 缓坡缓坡6.7 L 很长时，水面由线为C 0、b 0 b 2型。

第一章 绪论1-2．20℃的水2.5m 3，当温度升至80℃时，其体积增加多少 [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-4．一封闭容器盛有水或油，在地球上静止时，其单位质量力为若干当封闭容器从空中自由下落时，其单位质量力又为若干 [解] 在地球上静止时：g f f f z y x -===；0自由下落时：00=+-===g g f f f z y x ；第二章 流体静力学2-1．一密闭盛水容器如图所示，U 形测压计液面高于容器内液面h=1.5m ，求容器液面的相对压强。

[解] gh p p a ρ+=0ΘkPa gh p p p a e 7.145.1807.910000=⨯⨯==-=∴ρ2-3．密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa 。

压力表中心比A 点高0.5m ，A 点在液面下1.5m 。

求液面的绝对压强和相对压强。

[解] g p p A ρ5.0+=表Pa g p g p p A 49008.9100049005.10-=⨯-=-=-=ρρ表 Pa p p p a 9310098000490000=+-=+=' 绘制题图中AB 面上的压强分布图。

h 1h 2A Bh 2h 1hAB解：Bρgh 1ρgh 1ρgh 1ρgh 2ABρg(h2-h1)ρg(h2-h1)Bρgh2-14．矩形平板闸门AB 一侧挡水。

已知长l =2m ，宽b =1m ，形心点水深h c =2m ，倾角α=45o ，闸门上缘A 处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力。

试求开启闸门所需拉力。

[解] 作用在闸门上的总压力：N A gh A p P c c 392001228.91000=⨯⨯⨯⨯=⋅==ρ作用点位置：m A y J y y c c c D 946.21245sin 22112145sin 23=⨯⨯⨯⨯+=+=οοm l h y c A 828.12245sin 22sin =-=-=οΘα )(45cos A D y y P l T -=⨯∴οkN b gh P 74.27145sin 28.910002sin 2222=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=οαρ 作用点：m h h 943.045sin 32sin 32'2===οα 总压力大小：kN P P P 67.3474.2741.6221=-=-=对B 点取矩：'D '22'11Ph h P h P =-'D 67.34943.074.27414.141.62h =⨯-⨯ m h 79.1'D =2-13．如图所示盛水U 形管，静止时，两支管水面距离管口均为h ，当U 形管绕OZ 轴以等角速度ω旋转时，求保持液体不溢出管口的最大角速度ωmax 。

第四章习题简答4-2 管径cm d 5=，管长m L 6=的水平管中有比重为0.9油液流动，水银差压计读数为cm h 2.14=，三分钟内流出的油液重量为N 5000。

管中作层流流动，求油液的运动粘度ν。

解: 管内平均流速为s m d Q v /604.1)4/05.0/(180/)9.09800/(5000)4//(22=⨯⨯==ππ 园管沿程损失h f 为γ(h 水银γ/油)1-=0.142(13.6/0.9-1)=2.004m园管沿程损失h f 可以用达西公式表示： g v d l h f 22λ=,对层流, Re /64=λ, 有fgdh lv 264Re 2=, 但νvd =Re , 从而lv h gd f 6422=ν, 代入已知量, 可得到s m /10597.124-⨯=ν题 4-2 图4-4 为了确定圆管内径，在管内通过s cm /013.02=ν的水，实测流量为s cm /353，长m 15管段上的水头损失为cm 2水柱。

试求此圆管的内径。

解：422222212842642642642Re 64gd lQ d d g lQ gd lv g v d l vd g v d l h f πνπννν=⎪⎭⎫ ⎝⎛==== m gd lQ d 0194.002.08.9210013.0351********4=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==∴-ππν 4-6 比重85.0s m /10125.024-⨯=ν的油在粗糙度mm 04.0=∆的无缝钢管中流动，管径cm d 30=，流量s m Q /1.03=, 求沿程阻力系数λ。

解: 当78)(98.26∆d >Re>4000时，使用光滑管紊流区公式：237.0Re221.00032.0+=λ。

园管平均速度s m d q v /4147.1)4//(2==π, 流动的33953Re ==νvd , ： 723908)(98.2678=∆d , 从而02185.0Re /221.00032.0237.=+=o λ4-8 输油管的直径mm d 150=,流量h m Q /3.163=，油的运动黏度s cm /2.02=ν,试求每公里长的沿程水头损失。

第一章 绪论答案1-1．20℃的水2.5m 3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆ 1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμ此时动力粘度μ增加了3.5%。

1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。

试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。

[解] μρ/)(002.0y h g dy du -=)(002.0y h g dydu -==∴ρμτ 当h =0.5m ，y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。

[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑y u AT mg d d sin μθ== 001.0145.05.062.22sin 8.95sin ⨯⨯⨯⨯==δθμu A mg =s Pa 08376.0⋅ 1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律y ud d μτ=，定性绘出切应力沿y[解]1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。

答案说明以下答案是由老师自己做出来的，其中的每一题的画图都省略了，希望同学们自己在做题过程中补充上完整的图形。

在答案电子话过程中可能会有一些错误，希望同学们可多提宝贵意见。

第二章作业答案2-91(1.5 1.0)53.9ap p g p kpa 11151.9absap p p kpa 20(1.50.5)58.8ap p g p kpa22156.8abs a p p p kpa 12126.5p p Z Z mg g2-11 略2-12(2.50.9)(2.00.9)(2.00.7)(1.80.7)0HgHgp g g g g 0265p kpa2-14 受压面为矩形平面76.38c Pgh kN34112cb a J m 289cDccJ y y y 所以，作用点至A 点的距离10'29Dy y 根据合力矩守恒2cos 60'84.9oT P y TkN2-18cP gh (sin60)2146.5oa g H ab kNsin 60(cos60)ooTG G P f45.9T kN闸门的静水压强分布图为梯形，根据梯形的压力中心距底部距离的计算公式12122()3h h a eh h 21sinh H h Ha 1.13e m2-21仅考虑左侧水：11144.1x c x P gh kN （）1134.6z P gV kN（）仅考虑右侧水22211.03x c x P gh kN （）2217.32z P gV kN （）综合两侧水1233.08x x x P P P kN () 1217.32zz z P P P kN （）总压力22()37.34xyPP P kNtanZ xP P 2-23分析上半球xP 232[()]3ZP gVTn n g R H R R n第三章作业答案3-32max 00.0342max max00[(1())]1/20.212/rrQ udu d r u u r rL s0.075/Qvm s3-6根据连续性方程123Q Q Q 34/v m s3-7根据连续性方程123Q Q Q 23422231482.3370.58mm3-11 建立能量方程22111222121222122122()2.252hgpp v p v z z g gggz z p p vv h mgg油油油油油2.2551.1/Q K L s3-15在图上12d d 和断面建立能量方程2211122212122220p vp vz z g gggz z p 联立连续性方程1122v v 24.9/v m s在图自由液面和2d 断面建立能量方程221.232vHmg3-18建立能量方程22111222121212221.8 1.680p vp vz z g g ggz m z mp p 连续性方程12211.8(1.80.30.12)1.3v v v v 13111.23/5.98/v m s Qv m s3-20建立的坐标系比较特别，X 轴沿着1Q 方向，Y 轴与X 轴垂直根据能量方程可知1268.1/vv v m s建立动量方程，沿X 轴方向：11221212cos600cos60ooQ v Q v Q v Q Q Q Q Q Q连续性方程12(1cos60)2(1cos60)2ooQ Q Q Q 313225.05/8.35/Q m s Q m s建立动量方程，沿Y 轴方向：(sin60)1969oyR Q v N3-23在A-A ，B-B 断面间建立能量方程2.4/3.8/A bv m s v m s221112221212222175.7p vp vz z g gggz z p kN在A-A ，B-B 断面间建立动量方程沿X 轴方向：1cos60(cos 60)sin 60sin 60ooA AB B x B ooB B y B p v p v R Q v v p v R Qv 54555984y xR N R N3-24 （1）建立能量方程22121222vvh h gg连续性方程1122h v h v 3228.9215)998(vv 0294107232v vs m v /512.82mh v v h 762.15512.831212（2）以1-1断面和2-2断面之间的水体为控制体，并假设整个坝面对水体的水平反力为F 。

4-1如图 4-26 所示，在一管路上测得过流断面1-1的测压管高度 g 为1.5m ，过流面积A 1为0.05m 2；过流断面 2-2的面积 A 2为 0.02m 2；两断面间水头损失量 Q 为 20l/s ； z 1为 2.5m ， z 2为 2.0m 。

试求断面 2-2 的测压管高度 p 2 。

（提示：注意流动12g方向）。

解:依题知Q 20l s 0.02m 3 s由连续性方程知断面 1-1 和断面 2-2 的平均流速Q 0.02 v 22 A 2 0.021-1 和断面 2-2 水流可近似看做渐变流，以图示水平面0-0 为基准面，列两断面的总流能量方程22Z 1Pg121v g 1 Z 2Pg222g v 2h w1g 2g2g2gw令动能修正系数 1 2 1，p2z1 z2p1v1 v 20.5 v 12.5 2 1.5（0.41 ）0.5（0.4）1.953mg1 2g2g 2g2 9.82 9.84-2 如图 4-27 所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路， 水流在管路末端流入大气， 管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是 A 1=0.05m 2， A 2=0.03m 2， A 3=0.04m 2，若水池容积很大，行近流速可以忽略（ v 0≈0），当不计管路的水头损失时，试求： （ 1）出口2h 0.52gv1A 10.020.4m s 0.051m s因管路直径直径变化缓慢，断面流速 v 3 及流量 Q ；（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线。

如图选择管轴线为 0-0 基准面，对水池的水面 1-1 和管路出口断面 2-2 应用能量方程， 列两断面的总流能量方程22h p1o v o2h4 p 43v 32g 2g 4g 2g令动能修正系数 o 3 1，由于选择管轴线为 0-0 基准面，水池的水面和管路出口断面的相对压强P 1 0 ，P 4 0且h 5，h 4 02h 0 0 0 0 v32g故v 3 2gh 2 9.8 5 9.899m sQ v 3A 3 9.899 0.04 0.396m 3 s（ 2）测压管水头线 （虚线）及总水头线 （实线 ）由题知，断面 A1 处的流速 v1 Q 0.396 7.92m s 和断面 A2 处的流速 A 1 0.05Q 0.396 A 2 0.03解：（1）依题知A 3vA 2总水头线v0A1A2 A34-3 在水塔引出的水管末端连接一个消防喷水枪，将水枪置于和水塔液面高差H 为10m 的地方，如图4-28 所示。

第四章流体动力学基本定理及其应用4-1欧拉运动微分方程和伯努利方程的前提条件是什么，其中每一项代表什么意义？答：（1）欧拉运动微分方程是牛顿第二定律在理想流体中的具体应用，其矢量表达式为:.:t其物理意义为：从左至右，方程每一项分别表示单位质量理想流体的局部惯性力、迁移惯性力、质量力和压力表面力。

（2）伯努利方程的应用前提条件是：理想流体的定常运动，质量力有势，正压流体，沿流2线积分。

单位质量理想流体的伯努利方程的表达式为：- p g^ C，从左至右方程2 P每项分别表示单位质量理想流体的动能、压力能和位能，方程右端常数称流线常数，因此方程表示沿流线流体质点的机械能守恒。

4-2设进入汽化器的空气体积流量为Q = 0.15m3 / S,进气管最狭窄断面直径D=40mm，喷油嘴直径d=10mm。

试确定汽化器的真空度。

又若喷油嘴内径d=6mm，汽油液面距喷油嘴高度为50cm，试计算喷油量。

汽油的重度=7355N/m3。

答：（1）求A点处空气的速度：设进气管最狭窄处的空气速度为V i，压力为p i，则根据流管的连续方程可以得到:丄二D2_d2V i =Q，44Q因此：v14Q 厂。

江（D2-d2）（2 ）求真空度p v选一条流线，流线上一点在无穷远处F，—点为A点；并且:在F点：P F二P o ，V F = 0 ；在A点：P A二P1 二？，V A二W。

将以上述条件代入到伯努利方程中，可以得到:2也.0. v_02g-—；v f ， v A = v 2 = ?， z A = h = 50cm = 0.5m ；2在 B 点：P B = p 0， V B = 0，Z B = 0 ； 代入到伯努利方程中，可以得到:Ip 0才v 22rh 』0 0；整理得到:v ；二」V 12 -2gh ；2因此汽油喷出速度为:1V 2 -2gh ；其中空气重度1 = Sg =1.226 9.81 =12N/m 3 ； V 1缪 龙，并注意到喷油嘴的 兀(D -d )直径是6mm ，而不是原来的10mm ，则计算得到:因此汽油流量为:12 _43 3因此真空度为:P v 二 P o - P i4Q冷心2] D2—d 28 322 JI(D 2 —d 2 2若取空气的密度为3::=1.226kg/m ，那么计算得到:8 1.226 0.152pv3.1421 32 =9.95 103Pa 。

4-1如图4-26所示，在一管路上测得过流断面1-1的测压管高度为1.5m ，过流面积A 1为0.05m 2；过流断面2-2的面积A 2为0.02m 2；两断面间水头损失为；管中流量Q 为20l/s ；z 1为2.5m ，z 2为2.0m 。

试求断面2-2的测压管高度。

（提示：注意流动方向）。

图4-26题4-1图解:依题知由连续性方程知断面1-1和断面2-2的平均流速因管路直径直径变化缓慢，断面1-1和断面2-2水流可近似看做渐变流，以图示水平面0-0为基准面，列两断面的总流能量方程令动能修正系数4-2 如图4-27所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A 1=0.05m 2，A 2=0.03m 2，A 3=0.04m 2，若水池容积很大，行近流速可以忽略（v 0≈0），当不计管路的水头损失时，试求：（1）出口gp ρ1ωh g2v 5.021gp ρ2s m s l Q 302.020==s m A Q v 4.005.002.011===s m A Q v 102.002.022===wh g v g P Z g v g P Z +++=++222222221111αραρ，121==ααm g v g v v g p z z g p 953.18.92)4.0(5.08.92)14.0(5.125.225.022222122211212≈⨯⨯-⨯-++-=--++-=ρρ流速v 3及流量Q ；（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线。

图4-27 题4-2图解：（1）依题知如图选择管轴线为0-0基准面，对水池的水面1-1和管路出口断面2-2应用能量方程，列两断面的总流能量方程令动能修正系数由于选择管轴线为0-0基准面，水池的水面和管路出口断面的相对压强，且，故（2）测压管水头线(虚线)及总水头线(实线) 由题知，断面处的流速和断面处的流速 gv g p h g v g p h o o 222334421αραρ++=++，13==ααo 01=P 04=P5=h 04=h gv h 2000023++=++s m gh v 899.958.9223≈⨯⨯==s m A v Q 333396.004.0899.9≈⨯==1A s m A Q v 92.705.0396.011===2A s m A Q v 2.1303.0396.022===A 1A 2A 3vh200112各段的流速水头，，4-3 在水塔引出的水管末端连接一个消防喷水枪，将水枪置于和水塔液面高差H 为10m 的地方，如图4-28所示。

5-1. 圆管直径mm 10d =，管中水流流速s m 20v /.=，水温C 10T 0=，（1）试判别其液流型态；（2）若流速与水温不变，管径改变为mm 30，管中水流型态又如何？（3）若流速与水温不变，管流由层流转变为紊流时，管直径为多大？ 解：(1)已知水温C 10T 0=，查表得水的运动粘滞系数s m 2610304.1-⨯=ν，求得水的雷诺数2000724.153310304.101.02.0Re 6<≈⨯⨯==-νυd 此时，水流为层流。

(2)2300227.460110304.103.02.01Re 6>≈⨯⨯⨯==-νυd 此时，水流为紊流。

（3）选取临界雷诺数2000Re =，m d 013.02.0110304.12000Re 6≈⨯⨯⨯==-υν5-2．圆管直径mm 100d =，管中水流流速s cm 100v /=，水温C 10T 0=，试判别其液流型态，并求液流型态变化时的流速。

解：已知水温C 10T 0=，查表得水的运动粘滞系数m 2610304.1-⨯=ν，选取临界雷诺数2000Re =s m d 026.01.010304.12000Re 6≈⨯⨯==-νυ5-3．断面为矩形的排水沟，沟底宽cm 20b =，水深cm 15h =，流速s m 150v /.=，水温C 15T 0=，试判别其液流型态？解：已知水温C T 015=，查表得水的运动粘滞系数s m 2610304.1-⨯=ν由于明渠的水力半径m h b bh AR 06.0215.02.015.02.02=⨯+⨯=+==χ选取临界雷诺数2000Re = 500269.567.791510137.106.015.04Re 6>≈⨯⨯===-νυνυR d 此时，水流为紊流。

5-4.某油管输送流量s m Q /1067.533-⨯=的中等燃料油，其运动粘滞系数s m v /1008.626-⨯=，试求：保持为层流状态的最大管径d ？解：雷诺数：νπνπνυμρd Q d d Qd vd 44Re 2====选取临界雷诺数2000Re =：m Q d 594.020001008.61067.54Re 463≈⨯⨯⨯⨯⨯==--ππν5-5．有一管道，已知：半径cm 15r 0=,层流时水力坡度150J .=，紊流时水力坡度20J .=，试求：（1）管壁处的切应力0τ；（2）离管轴cm 10r =处的切应力τ？ 解：(1)层流时：2f 3000h r r 1510g g J 1.0109.80.15110.25Pa 2l 22τρρ-⨯===⨯⨯⨯⨯=23r 1010g J 1.0109.80.1573.5Pa 22τρ-⨯==⨯⨯⨯⨯=(2)紊流时：2f 3000h r r 1510g g J 1.0109.80.20147Pa 2l 22τρρ-⨯===⨯⨯⨯⨯=2'3r 1010g J 1.0109.80.2098Pa 22τρ-⨯==⨯⨯⨯⨯=5-6.有一圆管，在管内通过s cm /013.02=ν的水，测得通过的流量为s cm Q /353=，在管长15m 的管段上测得水头损失为2cm,试求该圆管内径d ？ 解：假设为层流 雷诺数：νπνπνυμρd Q d d Qd vd 44Re 2====沿程水头损失系数：Q d d Q νπνπλ16464Re 64===422216824162d g lQ gdQ d Q l d gd l h f πνπνπυλ⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛==44402.08.9151035.010013.0168⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=--πd mm 4.19≈校核：υvd=Re ，选取临界雷诺数2000Re =；将mm d 4.19=代入，2000Re <计算成立5-7.某管路直径mm 200d =，流量s m 0940Q 3/.=，水力坡度%.64J =，试求：该管道的沿程阻力系数λ值？ 解：依题知 平均流速：()s m d Q v 99.22.0094.04422≈⨯⨯==ππ 每米管长的水力坡度%.64J =，因此02.099.2%6.42.08.9222222≈⨯⨯⨯===v gdJ lv gdh f λ 5-8.做沿程水头损失实验的管道直径cm 51d .=，量测段长度m 4l =，水温C 5T 0=，试求：（1）当流量s l 030Q /.=时，管中的液流型态； （2）此时的沿程水头损失系数λ；（3）量测段沿程水头损失f h ；解：（1）依题知水温C 5T 0=时，查表得水的运动粘滞系数m 2610514.1-⨯=ν()s m d Q A Q /17.0015.01003.0441232=⨯⨯⨯===-ππυ选取临界雷诺数2000Re =：200028.168410514.1105.117.0Re 62<≈⨯⨯⨯==--νυd此时，水流为层流。

水力学高学平课后答案【篇一：天津大学水力学及河流动力学专业考研】ss=txt>一、研究方向及硕士指导教师研究方向：1.环境水力学；2.工程水力学；3.泥沙运动力学及河口海岸数学模拟；4.水动力系统仿真；5.城市水利及减灾系统指导教师：高学平教授（博士生导师）、张效先副教授、李大鸣副教授、白玉川副教授二、专业特点水力学及河流动力学专业是国务院学位委员会首批批准的硕士学位授予单位，是水利工程一级学科所属的二级学科。

自1960年开始招收研究生，迄今已培养研究生60余名。

该学科具有较强的师资力量和丰富的指导经验，且有广泛的国内外学术联系和合作关系。

设水力学实验室，有1000m2的试验厅，配有较先进的测试手段。

研究内容涉及河流、海洋、泥沙、环境等，既注重传统领域的研究又积极开拓新型交叉领域的课题，如不规则波浪、泥沙的数值模拟与可视化技术和植物护岸等领域中水动力学的研究。

既注重理论基础的研究，如泥沙运动、海岸冲淤机理的研究，又结合水利水电工程、治河工程、港口工程、海岸开发、环境工程开展大量的科研工作，如植物护岸体型的研究、水工建筑物枢纽布置的研究、抽水蓄能电站水力学问题的研究、泥沙数学模型的开发、不规则波浪水槽的开发等。

三、科研状况目前承担国家自然科学基金、省部级基金、协作项目多项，年均科研经费近百万元。

研究成果先后在journal of hydraulic engineering、coastal engineering journal、水利学报、海洋学报、水力发电学报等国内外知名期刊发表，并有多篇被ei、sci检索。

波浪作用下堤前海床的冲刷等研究成果获省部级奖多项。

四、近几年报考简况本专业按国家计划招生，每年生源充足，考生来自水利水电工程、港口工程、环境工程、治河工程、工程力学、数学、船舶与海洋工程、土木结构工程等专业的应届毕业生及往届毕业生。

近几年报考与录取比例为2：1.优秀考生可申请硕博连读。

五、研究生在学期间主要课程及论文要求除英语、应用数学等基础课外，本专业开设的主要课程还有高等流体力学、计算流体力学、泥沙运动力学、明渠水力学（双语教学）、水沙运动量测技术、相似原理及模型试验等。

第四章习题简答4-2 管径cm d 5=，管长m L 6=的水平管中有比重为0.9油液流动，水银差压计读数为cm h 2.14=，三分钟内流出的油液重量为N 5000。

管中作层流流动，求油液的运动粘度ν。

解: 管内平均流速为s m d Q v /604.1)4/05.0/(180/)9.09800/(5000)4//(22=⨯⨯==ππ 园管沿程损失h f 为γ(h 水银γ/油)1-=0.142(13.6/0.9-1)=2.004m园管沿程损失h f 可以用达西公式表示： g v d l h f 22λ=,对层流, Re /64=λ, 有fgdh lv 264Re 2=, 但νvd =Re , 从而lv h gd f 6422=ν, 代入已知量, 可得到s m /10597.124-⨯=ν题 4-2 图4-4 为了确定圆管内径，在管内通过s cm /013.02=ν的水，实测流量为s cm /353，长m 15管段上的水头损失为cm 2水柱。

试求此圆管的内径。

解：422222212842642642642Re 64gd lQ d d g lQ gd lv g v d l vd g v d l h f πνπννν=⎪⎭⎫ ⎝⎛==== m gd lQ d 0194.002.08.9210013.0351********4=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==∴-ππν 4-6 比重85.0, s m /10125.024-⨯=ν的油在粗糙度mm 04.0=∆的无缝钢管中流动，管径cm d 30=，流量s m Q /1.03=, 求沿程阻力系数λ。

解: 当78)(98.26∆d >Re>4000时，使用光滑管紊流区公式：237.0Re221.00032.0+=λ。

园管平均速度s m d q v /4147.1)4//(2==π, 流动的33953Re ==νvd , ： 723908)(98.2678=∆d , 从而02185.0Re /221.00032.0237.=+=o λ4-8 输油管的直径mm d 150=,流量h m Q /3.163=，油的运动黏度s cm /2.02=ν,试求每公里长的沿程水头损失。