流体力学第八章习题答案

第八章习题答案选择题（单选题）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。 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。水力最优矩形渠道断面，宽深比 b/h是：（c）(a); ( b); ( c); (d)。平坡和逆坡渠道中，断面单位能量沿程的变化：（b）（a） de0；ds明渠流动为急流时:（b） de0; ds(a)(c)de=0; ds（d）都有可能。de1； (b) hhc ； (c) v1； (b) hhc； (c) vc； (d)生 0。 dh明渠水流由急流过渡到缓流时发生：（a）（a）水跃；（b）水跌；（c）连续过渡；（d）都可能。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。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。宽浅的矩形断面渠道，随流量的增大，临界底坡ic将：（b）（a） 增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。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。v1=4m/s2v1=4m/s4.5m30m2m解：iJp3 210.03330308 6.5 0.05302, _28 6.5 至22- 0.042830答：1、2断面间渠道底坡i 0.033,水面坡度Jp 0.05,水力坡度J 0.0428。p梯形断面土渠，底宽 b=3m,边坡系数 m=2,水深h=1.2m,底坡i =,渠道受到中等养护,试求通过流量。解： Ah b hm 1.2 3 1.2 26.48 (m2)2 hm 2 b 2h .1 m2 3 21.2 娓 8.367 (m)0.7745 (m),取 n 0.0225 (见教材153 页表 6-4)1R6 . RiA26.48 0.774530.00020.02253.435(m3/s)答：通过流量Q 3.435 m3/s。修建混凝土砌面（较粗糙）的矩形渠道,要求通过流量Q=m3/s,底坡i=，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b 2h 。 A bh 2h2,b 2h2h2 h4h 212oA-R 3 J ,取 n0.001, n 0.017h 23nQ丁8h3h 1.70 (m),b 3.40答：断面尺寸为 h 1.70m, bnQ-123 .i(m)3.40m。0.017 9.7-123 . 0.0014.14修建梯形断面渠道，要求通过流量Q =1 m3 / s,边坡系数m =,底坡i =,粗糙系数n =，试按不冲允许流速 Vmax =m/s,设计断面尺寸。解： V vmax0.8, Q 0.8, A 1.25 (m2)AVmax0.8vmax 5即 RR 0.366n Vmaxi120.03 0.8,0.00220.502，有 hb mh2 1.25hb mh2b 2h .1 m20.366hb h2 1.25即有 _b 2、.2h 3.42解得：h2 1.87h 0.684 00.52.01h , b1.372.455b 2.00 (m), h0.5 (m)答：断面尺寸为b2.00m, h 0.5m。已知一钢筋混凝土圆形排水管道，污水流量Q = m3/s,底坡i=,粗糙系数n=，试确定此管道的直径。解： 取充满度为 - 0.6,则 A 0.4920d2, R 0.2776d。 dQ 1AR23VT 0.4920d2 0.2776d 23 0.005 1.0575d 83 0.2n0.014. d 0.535 (m)h2故应取 一 0.75,则由表 8-4 查得 A 0.6319d , R 0.3017d d1.4357d83 0.2, d0.478 (m)故取 d 500 (mm )答：管道的直径d 500 mm o钢筋混凝土圆形排水管，已知直径d=1.0m,粗糙系数n=，底坡i =，试校核此无压管道的过流量。解： 满流时的过流量为:12。 一A0 R in1_d20.014 4 0d 3.0.00241 2311、. 0.00241_0.014 40.996 (m3/s)对管彳仝为1m的输水管，取 -0.80 d由图 8-16 查得：Q 0.98, Q 0.974 (m3/s)Q0h 2_解法 2：取 一 0.80 ,贝U A 0.6736d0.6736 ； R 0.3042d 0.3042d-A 20.67362Q R 3Vi 0.3042 3 J0.002 0.973 (m3/s)n0.014答：无压管道的过流量 Q 0.973 m3/s。解：临界水深满足Q2 ACgBc三角形断面渠道，顶角为 90 ,通过流量Q=m3/s,试求临界水深。其中 Ac hC, Be 2hche1.0Q2,取 ghe2Q22 0.829.8070.665 (m)答：临界水深he0.665 m o有一梯形土渠,底宽b=12m,边坡系数m =,粗糙系数n =,通过流量Q =18m3/s,试求临界水深和临界底坡。解:Q2ACACmhc12hC 1.5h2Be2mhe 123hehe1.00.750.60.5Q16466.9433.6019.19用试算法求解。he0.6 (m)12 3he12he e焦 33.04临界底坡满足:ieg cCCBe其中：Ae0.6121.5 0.67.74 m2Be123he13.8m12，_2， 一1.514.16mie3) eC BegC1g6 2 Be n0.00696答：临界水深he 0.6 m,临界底坡ie0.00696 。在矩形断面平坡渠道中发生水跃，已知跃前断面的Fr1 = J3,问跃后水深h”是跃前水深h的几倍解： 1、1-8Fr12 1-,18 3 12h 22答：跃后水深h是跃前水深h的2倍。试分析下列棱柱形渠道中水面曲线衔接的可能形式iiici1ici1i2ici2ic解：Ni-y - NiC f1-N2_ _ - _C/ / 产 / Z 7一7_i1icN1N1 在该点相切1-CN2N2# k-k-L1_ _ Ciiiciii 2icNhoi=ho2N2i2ic有棱柱形渠道，各渠段足够长，其中底坡0iii3ic,闸门的开度小于临界水深 hc, 试绘出水面曲线示意图，并标出曲线的类型。CC0iI ic)，/7, .* i3ic(i3ic(i3i2)CN3N2 V0i1ic有矩形断面长渠道向低处排水，末端为跌坎，已知渠道底宽b=1m,底坡i=,正常水深，=0.5m,粗糙系数n =,试求：（1）渠道末端出口断面的水深； （2）绘渠道中水面曲线示 意图。解：（1）确定临界水深hC。Robh0b 2h01 0.51 2 0.50.25 (m)0.5 0.2523 J0.0004 0.283 (m3/s)0.014一 he3bhe bb2hCQ2Q2 b2g2 1 31.0 0.2830.202 (m)19.807（2）计算水面曲线bhb 2h-R162g2C222v2c2rJ 10i J(3)渠道水面曲线示意图:0.50.40.30.2026.696.283.89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。矩形断面长渠道，底宽 b=2m,底坡i=,粗糙系数n=,通过流量Q = m3/s,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断面之间的水面曲线。解：(1)正常水深计算。q -Aor23 .rn-bho nho1ho10.0142 ho2 3h. 0.0011 h0一 hO23h。1 h00.014 32 70.0010.664迭代计算:hQ可得正常水深h0 1.04 m(2)列表计算水面曲线。bhb 2h1 -1 6-R- n2 v 2gC1C2_22C2RJ 10 4(2)水面曲线图。4i1 1.4.i1.21.1111.3.31111一NII 1 1Q 1 14 I 1 il I 1J1 1 i i i a I i i l ii i ih (m)N26.5320.1013.526.850.0