流体力学刘鹤年第二版第5、6、7、8章课后习题答案中国建筑工业出版社.doc

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1、第五章习题答案选择题（单选题）5.1 速度，长度，重力加速度的无量纲集合是：（b）（a）；（b）；（c）；（d）。5.2 速度，密度，压强的无量纲集合是：（d）（a）；（b）；（c）；（d）。5.3 速度，长度，时间的无量纲集合是：（d）（a）；（b）；（c）；（d）。5.4 压强差，密度，长度，流量的无量纲集合是：（d）（a）；（b）；（c）；（d）。5.5 进行水力模型实验，要实现明渠水流的动力相似，应选的相似准则是：（b）（a）雷诺准则；（b）弗劳德准则；（c）欧拉准则；（d）其他。5.6 进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选的相似准则是：（a）（a）雷诺准则；（b）弗劳德准

2、则；（c）欧拉准则；（d）其他。5.7 雷诺数的物理意义表示：（c）（a）粘滞力与重力之比；（b）重力与惯性力之比；（c）惯性力与粘滞力之比；（d）压力与粘滞力之比。5.8 明渠水流模型实验，长度比尺为4，模型流量应为原型流量的：（c）（a）1/2；（b）1/4；（c）1/8；（d）1/32。5.9 压力输水管模型实验，长度比尺为8，模型水管的流量应为原型输水管流量的：（c）（a）1/2；（b）1/4；（c）1/8；（d）1/16。5.10 假设自由落体的下落距离s与落体的质量m、重力加速度g及下落时间t有关，试用瑞利法导出自由落体下落距离的关系式。解： ；有量纲关系：可得：；答：自由落体下落

3、距离的关系式为。5.11水泵的轴功率与泵轴的转矩、角速度有关，试用瑞利法导出轴功率表达式。解： 令量纲：；可得：，答：轴功率表达式为。5.12水中的声速与体积模量和密度有关，试用瑞利法导出声速的表达式。解： 量纲：；有 其中为无量纲系数。答：声速的表达式为。5.13受均布载荷的简支梁最大挠度与梁的长度，均布载荷的集度和梁的刚度有关，与刚度成反比，试用瑞利法导出最大挠度的关系式。解： 为系数。量纲：；有 可得：，答：最大挠度的关系式为。5.14薄壁堰溢流，假设单宽流量与堰上水头、水的密度及重力加速度有关，试用瑞利法求流量的关系式。解： 量纲：；故有 答：流量的关系式为。5.15已知文丘里流量计喉

4、管流速与流量计压强差、主管直径、喉管直径、以及流体的密度和运动黏度有关，试用定理证明流速关系式为证明： 选择基本量 则：解得： ，5.16球形固体颗粒在流体中的自由降落速度与颗粒的直径、密度以及流体的密度、动力黏度、重力加速度有关，试用定理证明自由沉降速度关系式证明： 取基本量为 则：；量纲关系： 即 5.17圆形空口出流的流速与作用水头、空口直径、水的密度和动力黏度、重力加速度有关，试用定理推导空口流量公式。解： 取基本量为 则：；有量纲关系： 即 可见，孔口出流的流速系数与及有关。答：空口流量公式为。5.18用水管模拟输油管道。已知输油管直径500mm，管长100mm，输油量0.1，油的运

5、动黏度为15010-6。水管直径25mm，水的运动黏度为1.0110-6。试求：（1）模型管道的长度和模型的流量；（2）如模型上测得的压强差=2.35cm水柱，输油管上的压强差是多少？解： ；以雷诺数准则设计实验。 （m）（l/s）（m）答：（1）模型管道的长度m，模型的流量L/s；（2）如模型上测得的压强差=2.35cm水柱，输油管上的压强差m。5.19为研究输水管道上直径600mm阀门的阻力特性，采用直径300mm，几何相似的阀门用气流做模型实验。已知输水管道的流量为0.283，水的运动黏度为=110-6，空气的运动黏度为=1.610-5。试求模型的气流量。解： 以雷诺准则，则有 （m3/

6、s）答：模型的气流量m3/s。5.20 为研究汽车的动力特性，在风洞中进行模型实验。已知汽车高=1.5m，行车速度=108，风洞风速=45，测得模型车的阻力=1.4kN，试求模型车的高度及汽车受到的阻力。解： 风洞实验可选用雷诺准则，即 （m）（kN）另：，在阻力平方区。则有，即（m）即能满足阻力自模拟条件。答：模型车的高度m，汽车受到的阻力为kN。5.21为研究风对高层建筑物的影响，在风洞中进行模型实验，当风速为9时，测得迎风面压强为42，背风面压强为20，试求温度不变，风速增至12时，迎风面和背风面的压强。解： 或 可算得，风速增至km/h时。迎风面的压强 （pa）背风面的压强 （pa）5

7、.22一潮汐模型，按弗劳德准则设计，长度比尺=2000，问原型中的一天，相当于模型时间是多少？解： 由弗劳德准则 （s）（min）（h）答：原型中的一天，相当于模型时间是小时。5.23防浪堤模型实验，长度比尺为40，测得浪压力为130N，试求作用在原型防浪堤上的浪压力。解： 对防浪堤问题的模型研究可用弗劳德准则。，作用压力 （kN）答：作用在原型防浪堤上的浪压力为kN。5.24溢流坝泄流实验，原型坝的泄流量为120，实验室可供实验用的最大流量为0.75，试求允许最大长度比尺；如在这样的模型上测得某一作用力为2.8N，原型相应的作用力是多少？解： 最大允许的以弗劳德准则 作用压力 （kN）答：允

8、许最大长度比尺为；原型相应的作用力是kN。5.25 采用长度比尺=20的模型，做弧形闸门闸下泄流实验，由模型测得：下游收缩断面的平均速度=2，流量=35，水流作用在闸门上的总压力=40N，试求：原型收缩断面的平均速度、流量和闸门上的总压力。解： 对明渠流动，适用弗劳德准则。不变。，（m/s）（m3/s）（kN）答：原型收缩断面的平均速度为m/s，流量为m3/s，闸门上的总压力为kN。第六章部分习题答案第七章习题答案选择题（单选题）7.1比较在正常工作条件下，作用水头，直径相等时，小孔口的流量和圆柱形外管嘴的流量：（b）（a）；（b）9m；（b）=（34），（34），9m；（d）（34），9m。

9、7.3图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管的流量关系是：（c）（a）；（c）=；（d）不定。7.4并联管道1、2，两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度=3，通过的流量为：（c）（a）=；（b）=1.5；（c）=1.73；（d）=3。7.5并联管道1、2、3、A、B之间的水头损失是：（d）（a）=+；（b）=+；（c）=+；（d）=。7.6长管并联管道各并联管段的：（c）（a）水头损失相等；（b）水里坡度相等；（c）总能量损失相等；（d）通过的流量相等。7.7并联管道阀门为全开时各段流量为、，现关小阀门，其他条件不变，流量的变化为：（c）（a）、都减小；（b）减小，不变，减小；（c

10、）减小，增加，减小；（d）不变，增加，减小。7.8 有一薄壁圆形孔口，直径为10mm，水头为2m。现测得射流收缩断面的直径为8mm，在32.8s时间内，经孔口流出的水量为0.01，试求孔口的收缩系数，流量系数，流速系数及孔口局部损失系数。解： 答：孔口的收缩系数，流量系数，流速系数，孔口局部损失系数。7.9 薄壁孔口出流，直径=2cm，水箱水位恒定=2m，试求：（1）孔口流量；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量；（3）管嘴收缩断面的真空高度。解： （l/s）（l/s）以收缩断面c-c到出口断面n-n列伯努利方程：（m）答：（1）孔口流量L/s；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量L/s；（3）管嘴收

11、缩断面的真空高度为m。7.10水箱用隔板分为、两室，隔板上开一孔口，其直径=4cm，在室底部装有圆柱形外管嘴，其直径=3cm。已知=3m，=0.5m，试求：（1），；（2）流出水箱的流量。解： 要保持不变，则补充水量应与流出水量保持相等，即孔口出流量、管嘴出口流量均为。 可解得：（m）（m）（l/s）答：（1）m，m；（2）流出水箱的流量L/s。7.11有一平底空船，其船底面积为8，船舷高为0.5m，船自重为9.8kN，现船底破一直径10cm的圆孔，水自圆孔漏入船中，试问经过多少时间后船将沉没。解： 设船底到水面的水深为，船中水深为，下沉过程是平稳的，则有：从孔口流入的流量为，为常数。 当船沉

12、没时： （s）答：经过s后船将沉没。7.12游泳池长25m，宽10m，水深1.5m，池底设有直径10cm的放水孔直通排水地沟，试求放净池水所需的时间。解： 设池内水深为时，为水流量为（h）设水池中的水量为，则水量减少量为答：放净池水所需的时间为h。7.13油槽车的油槽长度为，直径为，油槽底部设有卸油孔，孔口面积为，流量系数为，试求该车充满油后所需卸空时间。解：设当油箱中漏深为时，瞬时泄油量为。其中 ，； 当时，当 当时其中积分可得：答：该车充满油后所需卸空时间为。7.14虹吸管将池中的水输入池，已知长度=3m，=5m，直径=75mm，两池水面高差=2m，最大超高=1.8m，沿程摩阻系数=0.0

13、2，局部损失系数：进口=0.5，转弯=0.2，出口=1，试求流量及管道最大超高断面的真空度。解： 以下游水面为基准面，从上池水面到下池水面列伯努利方程：（m/s）（L/s）从C过流断面到下池水面列伯努利方程：取m答：流量L/s，管道最大超高断面的真空度为m。7.15风动工具的送风系统由空气压缩机、贮气筒、管道等组成，已知管道总长=100mm，直径=75mm，沿程摩阻系数=0.045，各项局部水头损失系数之和=4.4，压缩空气密度=7.86， 风动工具要求风压650kPa，风量0.088，试求贮气筒的工作压强。解： 从贮气筒到风动工具入口列伯努利方程，忽略高差，则有： （kPa）答：贮气筒的工作

14、压强为kPa。7.16水从密闭容器，沿直径=25mm，长=10m的管道流入容器，已知容器水面的相对压强=2at，水面高=1m，=5m，沿程摩阻系数=0.025，局部损失系数：阀门=4.0，弯头=0.3，试求流量。解： 以地面为基准面，从池面到池面列伯努利方程：取；，则有（m/s）（l/s）答：流量l/s。7.17水车由一直径=150mm，长=80m的管道供水，该管道中有两个闸阀和4个90弯头（=0.03，闸阀全开=0.12，弯头=0.48）。已知水车的有效容积为25， 水塔具有水头=18m，试求水车充满水所需的最短时间。解： 以管出水口为基准面，列伯努利方程：（m/s）（l/s）（s）（min

15、）答：水车充满水所需的最短时间为min。7.18自密闭容器经两段串联管道输水，已知压力表读值=1at，水头=2m，管长=10m，=20m，直径=100mm，=200mm， 沿程摩阻系数=0.03，试求流量并绘总水头线和测压管水头线。解： 以管中心线为基准面，从容器水面到出口断面列伯努利方程：，可求得：（m/s）（m/s）（L/s）（m）（m）答：流量L/s，总水头线和测压管水头线见上图。7.19水从密闭水箱沿垂直管道送入高位水池中，已知管道直径=25mm，管长=3m，水深=0.5m，流量=1.5L/s，沿程摩阻系数=0.033，局部损失系数：阀门 =9.3， 入口=1，试求密闭容器上压力表读值

16、，并绘总水头线和测压管水头线。解： 以下池水面为基准面，列伯努利方程：（kPa）（m/s）xH (m)Hp (m)-h11.58 / 11.1011.58 / 10.63l3.977 / 3.53.5 / 3.5l+h3.53.5阀4.444.44答：密闭容器上压力表读值kPa，总水头线和测压管水头线见上图。7.20工厂供水系统，由水塔向、三处供水，管道均为铸铁管，已知流量=10，=5，=10，各段管长=350m，=450m，=100m，各段直径=200mm，=150mm，=100mm，整个场地水平，试求所需水头。解： 以水平面为基准面，从水塔水面到断面出口列伯努利方程：其中：，取，查表7-3

17、可得：；（l/s）；（l/s）；（l/s）代入可得：（m）答：所需水头为m。7.21在长为2，直径为的管道上，并联一根直径相同，长为的支管（图中虚线），若水头不变，不计局部损失，试求并联支管前后的流量比。解： 并联前，设管道的比阻为，则有：，并联后，总流为，两支路的流量为答：并联支管前后的流量比为。7.22有一泵循环管道，各支管阀门全开时，支管流量分别为、，若将阀门开度变小，其他条件不变，试论证主管流量怎样变化，支管流量、 怎样变化。解： 设主管阻抗为，支管阻抗为，。主管损失为，支管损失为。水泵扬程 对离心泵，一般有，成立。即减小，而增加，减小，故增加。又，当增加时，不变，故增加减少答：主管流

18、量减小，支管流量减少、增加。7.23电厂引水钢管直径=180mm，壁厚=10mm，流速=2，工作压强为1106Pa，当阀门突然关闭时，管壁中的应力比原来增加多少倍？解： 其中 （m/s）其中Pa；Pa；mm；mm（m）（kPa）管中压强增大的倍数为倍。答：管壁中的应力比原来增加倍。7.24输水钢管直径=100mm，壁厚=7mm，流速=1.2，试求阀门突然关闭时的水击压强，又如该管道改为铸铁管水击压强有何变化？解： 对钢管：（m/s）对铸铁：（m/s）（m）（m）PaPa答：阀门突然关闭时的水击压强为Pa，该管道改为铸铁管水击压强为Pa。7.25水箱中的水由立管及水平支管流入大气，已知水箱水深=

19、1m，各管段长=5m，直径=25mm，沿程摩阻系数=0.0237，除阀门阻力（局部水头损失系数）外，其他局部阻力不计，试求：（1）阀门关闭时，立管和水平支管的流量、；（2）阀门全开（=0）时，流量、；（3）使=， 应为多少？解：（1）阀门关闭。（m/s）（L/s）（2）阀门全开。设结点处压强为，以水平管为基准面，则有：；可得：其中再从水池面到出口列能量方程： 可得：解得：故 ，不合题意。代入方程中可得：（L/s），（L/s），（L/s）（3）设置阀门开度，使时，阀门阻力系数为。则有 及 ， /可得：（L/s）（l/s）答：（1）阀门关闭时，立管和水平支管的流量、L/s；（2）阀门全开（=0）时

20、，流量L/s、L/s；（3）使=，应为。7.26离心泵装置系统，已知该泵的性能曲线（见图7-49），静扬程（几何给水高度）=19m，管道总阻抗=76000，试求：水泵的流量、扬程、效率、轴功率。解： 装置扬程为 在图上作曲线，列表如下：确定工作点为：流量（L/s）扬程（m）效率轴功率（kW）7.27由一台水泵把贮水池的水抽送到水塔中去，流量=70，管路总长（包括吸、压水管）为1500m，管径为=250mm，沿程摩阻系数=0.025，水池水面距水塔水面的高差=20m，试求水泵的扬程及电机功率（水泵的效率=55%）。解： 水泵扬程 （m）（kW）答：水泵的扬程为m，电机功率为kW。第八章习题答案选

21、择题（单选题）8.1明渠均匀流只能出现在：（b）（a）平坡棱柱形渠道；（b）顺坡棱柱形渠道；（c）逆坡棱柱形渠道；（d）天然河道中。8.2水力最优断面是：（c）（a）造价最低的渠道断面；（b）壁面粗糙系数最小的断面；（c）过水断面积一点，湿周最小的断面；（d）过水断面积一定，水力半径最小的断面。8.3水力最优矩形渠道断面，宽深比是：（c）（a）0.5；（b）1.0；（c）2.0；（d）4.0。8.4平坡和逆坡渠道中，断面单位能量沿程的变化：（b）（a）0；（b）1；（b）；（c）；（d）1；（b）；（c）；（d）0。8.7明渠水流由急流过渡到缓流时发生：（a）（a）水跃；（b）水跌；（c）连续

22、过渡；（d）都可能。8.8在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深将： （a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。8.9在流量一定，渠道断面的形状、尺寸一定时，随底坡的增大，临界水深将：（b）（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。8.10宽浅的矩形断面渠道，随流量的增大，临界底坡将：（b）（a） 增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。8.11明渠水流如图8-49所示，试求1、2断面间渠道底坡，水面坡度，水力坡度。解： 答：1、2断面间渠道底坡，水面坡度，水力坡度。8.12梯形断面土渠，底宽=3m，边坡系数=2，水深=1.2m，底坡=0.000

23、2，渠道受到中等养护，试求通过流量。解： （m2）（m）（m），取（见教材153页表6-4）（m3/s）答：通过流量m3/s。8.13修建混凝土砌面（较粗糙）的矩形渠道，要求通过流量=9.7，底坡=0.001，试按水力最优断面设计断面尺寸。解： 对矩形断面，水力最优断面满足。，取，（m），（m）答：断面尺寸为m，m。8.14修建梯形断面渠道，要求通过流量=1，边坡系数=1.0，底坡=0.0022，粗糙系数=0.03，试按不冲允许流速=0.8，设计断面尺寸。解： ，（m2）又 ，即有 即有 解得：，（m），（m）答：断面尺寸为m，m。8.15已知一钢筋混凝土圆形排水管道，污水流量=0.2，底坡=

24、0.005，粗糙系数=0.014，试确定此管道的直径。解： 取充满度为，则，。 （m）故应取，则由表8-4查得，（m）故取（mm）答：管道的直径mm。8.16钢筋混凝土圆形排水管，已知直径=1.0m，粗糙系数=0.014，底坡=0.002，试校核此无压管道的过流量。解： 满流时的过流量为：（m3/s）对管径为m的输水管，取由图8-16查得：，（m3/s）解法2：取，则；（m3/s）答：无压管道的过流量m3/s。8.17三角形断面渠道，顶角为90，通过流量=0.8，试求临界水深。解： 临界水深满足 其中 ， ，取 （m）答：临界水深m。8.18有一梯形土渠，底宽=12m，边坡系数=1.5，粗糙系

25、数=0.025，通过流量=18，试求临界水深和临界底坡。解： 用试算法求解。（m）临界底坡满足：其中：m2mm答：临界水深m，临界底坡。8.19在矩形断面平坡渠道中发生水跃，已知跃前断面的=，问跃后水深是跃前水深的几倍？解： 答：跃后水深是跃前水深的倍。8.20试分析下列棱柱形渠道中水面曲线衔接的可能形式解：8.21有棱柱形渠道，各渠段足够长，其中底坡0，闸门的开度小于临界水深，试绘出水面曲线示意图，并标出曲线的类型。解：8.22有矩形断面长渠道向低处排水，末端为跌坎，已知渠道底宽=1m，底坡=0.0004，正常水深=0.5m，粗糙系数=0.014，试求：（1）渠道末端出口断面的水深；（2）绘

26、渠道中水面曲线示意图。解：（1）确定临界水深。（m）（m3/s）（m）（2）计算水面曲线0.50.40.30.2020.5660.7080.9431.4010.250.2220.1880.14456.6955.5854.0651.710.5160.4260.3450.3020.2360.2050.16656.1454.8252.890.6370.8261.1720.5461.1072.9586.696.283.89（3）渠道水面曲线示意图：答：（1）渠道末端出口断面的水深为0.202m；（2）渠道中水面曲线示意图见上图。8.23矩形断面长渠道，底宽=2m，底坡=0.001，粗糙系数=0.014

27、，通过流量=3.0，渠尾设有溢流堰，已知堰前水深为1.5m，要求定量给出堰前断面至水深1.1断面之间的水面曲线。解：（1）正常水深计算。迭代计算：hQ1.00.6301.050.6721.0250.6511.0350.65941.040.664可得正常水深m（2）列表计算水面曲线。1.11.21.31.41.52.22.42.62.83.01.3641.251.1541.0711.00.5240.5450.5650.5830.664.1364.5664.9565.2965.601.1951.2801.3681.4581.5510.53450.5550.5740.591564.34564.75565.1265.4451.3071.2021.11251.03557.726.215.084.236.436.586.676.85（2）水面曲线图。