2023-2023年第2學期課程離線作業

課程名稱：工程流體力學A第1次作業

班級（全稱）：土木工程（工民建）202程16班（專本）

姓名：___________________________

學號：______________

西南交通大學網絡教育學院福建寧德學習中心

第一次作業

33.簡述流體的形態特征和力學特征。

形態特征：流體隨容器而方圓，沒有固定的形狀。

力學特征：流體主要承受壓力，靜止流體不能承受拉力和剪力。

34.一封閉水箱如下圖，金屬測壓計讀數23=4900pa,金屬測壓計中心和容器內液面分別

比A點高0.5m和1.5m,試求液面的絕對壓強加和相對壓強外。

解：由外=&+1》=八得水箱液面的相對壓強

絕對壓強加=。。+%=-49004-98000=93100Pa或93.lkPa

35.如下圖為測量容器中A點壓強的真空計。Z=l°m/=20m,試求A點的真空壓強％及

真空度為。

解：真空計的測壓管中壓縮空氣內壓強變化可忽略不由題意

得A點真空壓強A==邦"-Z）=9800x（2-1）=9800Pa

友二三二竺四二1至凡0

及真空度Y9800

36.如下圖繞較鏈C轉動的自動開啟式矩形平板閘門。閘門傾角為?=切。寬度為6=5m,

閘門兩側水深分別為H=4m和入=2m,為防止閘門自動開啟，試求轉軸C至閘門下端B

的距離Xo

解：為防止閘門自動翻開，由理論力學知必有關系

8=1加^孱=：曲

式中

8J3

=1796m

s

故3(H)-")sin03(42-2)sin600

37.利用檢查井作閉水試驗檢驗管徑d=1200mm的市政排水管道施工質量。排水管堵頭形

心高程為256.34m,檢查井中水面高程為259.04m,試求堵頭所受的靜水總壓力大小。

解：排水管堵頭形心處的相對壓強

堵頭所受的靜水總壓力

38.如下圖盛水（重度為，）容器由半徑為R的兩個半球用N個螺栓連接而成，測壓管水

位高出球頂H，試求每個螺栓所受的拉力Fo

解：取上半球為隔離體，由z月=°,得.方

式中門為靜止液體作用在上半球面上的總壓力的鉛垂分力，由上半球面的壓力體計算得

故每個螺栓所受的拉力為N

39.如下圖水流流經等徑直角彎管。管徑4=200廊,管軸上A、B兩點高差400廊,U形水

銀差壓計讀數〃=300mm,管流速度,=L5m/s,相對壓強外=悌OkPa,/&=13.6,

試求相對壓強和A、B兩斷面間的機械能損失九。

（2,+區）-0+立）=（迎-1%

解：由差壓計原理,。七

得=98x0,4+1960-98x（13.6-1）x03=1629kPa

由伯努利方程

考慮到6=%?立=修，得A、B兩斷面間的機械能損失

40.如下圖，為測流需要，在寬度2.71n的平底矩形斷面渠道的測流段，將渠底抬高0.3mo

假設測得抬高前的水深為1.8m,抬高后水面降低0.12m,水頭損失久經率定按抬高后流速

水頭的一半計算，試求渠道流量Q。

解：上游水深色=1啊下游水深&=18-0.3?0.12=1.38m

據連續性方程°=b即i=網也

月138日”

得A18⑴

取圖示基準面（0-0）、過流斷面（17、2-2）和計算點（過流斷面與液面的交點），從1

一2列伯努利方程（&=%=b

得y；=l%-2g&f-03）⑵

聯立（1）、（2）兩式，得

故渠道流量

第二次離線作業

19.為研究某鐵路蓋板箱涵無壓過流的水力特征，擬取線性比尺4二二°進行水工模型實驗。

原型涵洞的寬度3=3?5m，高度"，=42巾，洞內設計水深以,=25nl和設計流速?=20

m/so試確定模型的幾何尺寸和模型流量。

解：（1）由給定線性比尺4=20計算模型各兒何尺寸

b.35

幻=上===0175m

模型寬4

H,42

/fw=—^=—=0.21m

模型高4

友=%=絲=0.125m

模型水深420

（2）按弗勞德準則確定模型流速及流量

-A==i]—廠

由弗勞德準那么百4，得流速比尺A=,故

v=—4==-7==04472m/s

流速居亞

2.0x35x2.5

念=也=緡==9783*10-%

流量認

20.鋼筋混凝土輸水管道的水力半徑尺=500mm,水以均勻流流過1km長度上的水頭損失

%=1.0m,管壁粗糙系數彩=0.014,試求管中的流速^和流量Q。

解：由謝才公式，=c必=網"和曼寧公式，得流速

Q=2（4⑷、=—*（4x05）2xl42=446m5/s

流量44

21.水從封閉容器A經直徑d=25mm、長度/=10m的管道流入容器B。容器A內水面上的

相對壓強為=196Kpa,科=ltn.%=5m,沿程阻力系數00.025；局部阻力系數，進口

7]=。5、閥門金=40、彎道金=0.3、出口或=19,試求管路的通過流量Q。

解：取圖示基準面（0-0）、過流斷面（1-1.2-2）及計算點，從1-2列伯努利方程

得

。=111x00253x437=000215m5/$=215L/s

管路流量44

22.一城市排污渠道采用倒虹吸管穿過河流，如下圖。污水流量QTOOUs,管道沿程阻力

系數4=003,管道進口、彎頭和出口的局部阻力系數分別為。=0&金=0-5,管長

/=50m,上、下游渠道的流速均為％=°8m"。為防止污物在管中沉積，要求管中流速不

得小于12m/s,試確定倒虹吸管的管徑d及倒虹吸管兩端的水位差月。

.12

解：據題意.=而1”

[AQI4x01

aWJ---=.]--------=0.326m

得\】2"VI2x3.14

取標準管徑d=300mm4326mm。管中流速

取圖示基準面（0-0）、過流斷面（1-1、2-2）及計算點（與液面交點），從1-2列伯努

利方程

考慮到%%=L0,得

23.試按水力最優條件設計一路基排水溝的斷面尺寸。設計流量。=l0m3/s,溝底坡度依地

形條件采用"0期，斷面采用邊坡系數冽=10的梯形，并用小片石干砌護面（粗糙系數

勿=0.020）。

A=-=2(Vl+wa-w)=ZCA/TMO7-10)=0828一八

解：將方和Rn=hl2

Z）__J.jJ&2/XU2

代入明渠均勻流根本公式.界，得

取渠道斷面尺寸b=051m4=062m

第三次離線作業

1、簡述堰流的定義及堰的分類。

答：水利工程中為了泄水或引水，常修建水閘或溢流壩等建筑物，以控制河流或渠道的水

位及流量。水流受閘門控制而從建筑物頂部與閘

門下緣間孔口流出時，這種水流狀態叫做閘孔出流。當頂部閘門完全開啟，閘門卜緣脫離

水而，閘門對水流不起控制年用時,，水流從建筑物頂都自由下泄，這種水流狀態稱為堰流。

工程上通常按照堰坎厚度6與堰上水頭H的比值大小及水流的特征將堰流分作：

1.薄壁堰流:圓＜,67

2.實用堰：制o

3.寬頂堰流:即。

2、試設計一跨越矩形過流斷面的小橋孔徑3。河道設計流量（據水文計算得）。=30ms/s,

橋前允許壅水水深=橋下鋪砌允許流速y'=3.5m/s,橋F游水深A=L10m,選

定小橋進口形式后知￡=0810=0.90,3=0.85,取動能修正系數&=1.0。

解：從？=/出發進行設計:

h=當”=0903用

①判別流動狀態’g

因1助廣1.17m＞力=1.網