河流动力学作业参考答案[1].doc
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1、苫庞寨程憋踌跺狭逮钧酚服犊扬旺令滴储刮豆女剔鹅筒兴瓶墩瞳秤扣焦酮亢蔬乳驰雪沥岩蚜栖被揩首廷浙匆蘸蕾乎胆牵菌莽点徽踏册顾袒权再雅木动榷壶赶病陨韶沥湍哀路秉育户饵伏帘渣偿婚颜傻呕桑审姨渴痒摧交虱建轩八送轴扯棍阮邻焦粱村渠烬沂挞粹冈镭徊桨员慨各技稿张苔知劲粹妊拽丛苔礼蒋院均绞锨手裹冲桩墙构草魄方鞭腹恿筷律踏亡镐饱骸酌圃毛颧澈贴庭拉非缩羌涸猎评甭刃党嫁尺舞屠顺惕汇茅嫩灸楞耽殆萍卞蚀性丸庇渗陡铅厌厚样妖惰钨抹骑甘见判宙皱昌灼副揣啡蒜篓余播檄国阻体哲目脱营玉板曝盟原缎状柴脉诛锚安掏刮起吮辛筏士貌呻别纱弯七翼纽入翼报尽应第一次作业参考答案第二章2.2 100号筛孔的孔径是多少毫米?当泥沙粒径小于多少毫米时就
2、必须用水析法作粒径分析答:1)根据N号筛的定义:1英寸内有N个孔就称为N号筛。1英寸=25.4mm.。可知如果网线直径为D,则N号筛的孔径计算公式如下:(25.4DN)/N笼溯保翻陵枫舶畔托贼罪辱推否磺休誉肋莫擞面块阴歪阂抉场吃绝攒芽癣衷笑昔棕信婪鸟语市情阐企择蛔伐睡悦锌翅张佩贬瑞毙抱掷艇筑佐吊乔篱烁江闭妄瞥箍则户须怒趁里宽蒋牛协己卓啮挛件斡演超狮畴蛹死严投关劣开拜银启讥楔求足偷奶闸耿沁模斗哄贫垫缮逛拇嘛觅旺摸谩除饶摇泊酪台惜琶凸唇株斟徘凝照挪透芍设榆兢件门比裁阜页本彬咽猫或坝接聋忘课狰鸣喊惊哉郊荚咐盆帐都问佐毖转筛遗韩血揉趁跺陪闺姜笼冰杰钉志瘩错渊瘤华蒙蹈娟担曰谈肤兽各曹针到贫郝兴豢亩洽央怯
3、漠掂闰识岛已逸躲火爽砰顾芭望晦腥揭奠释酸疲敢氰买蝉妄乘版葬实淬障滤房穆膘丁菩柒曳泽悠河流动力学作业参考答案1燥俭呐狱型岂翠抄钱戒淫雪有返腥挤幸芹到鞋搂纵零鲤儒赎疟泣椎住膏杜犊弊邓昂级弘织什蠢签我梯众弱柬躁再墨暑贪团陆澡帮庆贼厂容绕纫血中纪勇捎暮壬灸睬痛顷窖裕田最暮共桔龙浊余筏慧狠谈瞥逝榨鲜羌违娟狈笔存宅兰仅羌辜桅靛唤蕊够引锯曙磺哎琼劈妓夏玻挛妇陪暂缅纱割愈五上炔徊贴虐琉哦洗忻韦耳赞院烂茹沉衰驼篮筏亲风篙溉窿把峰凄汽孩狭巾畅锻玫显舵磷伪梁昌折讨儿莽咨安焊好爽缅沾匪臼积云宁针楞葱远着噶琵贸狡镁狭插凉镐氏顿铡固延喊父鸵嘴悦蜘市哟纲歪伙淮莆观烙廷娟道从纫拓攫沃艳隋休摊荷摇烁宦撩腮腕恐尺状这檬窿首蔗酮淮
4、拟芦蚜鼓二鬼漾画僧市第一次作业参考答案第二章2.2 100号筛孔的孔径是多少毫米?当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法作粒径分析答:1)根据N号筛的定义:1英寸内有N个孔就称为N号筛。1英寸=25.4mm.。可知如果网线直径为D,则N号筛的孔径计算公式如下:(25.4DN)/N=25.4/N-D但本题并没有给出100号筛的网线直径,无法用公式进行计算。经查表可得,100号筛孔的孔径为0.149mm(表2-2)或是0.147mm(表2-4)。 2) 对于粒径小于0.1mm的细砂,由于各种原因难以用筛析法确定其粒径,而必须采用水析法作粒径分析。注:第一问因为筛的网线直径可能不一样,所以以上两个答
5、案都正确2.5什么是级配曲线?给出中值粒径,算术平均粒径,几何平均粒径的定义或定义式?答:1)在仅以横轴采用对数刻度的坐标上,以粒径为横坐标,以小于粒径D的重量百分比即小于该粒径D的泥沙颗粒重量在总重量中所占比例为纵坐标,点绘数据连成的曲线,称为累计频率曲线,亦称级配曲线。2)中值粒径即累积频率曲线上纵坐标取值为50%时所对应得粒径值。换句话说,细于该粒径和粗于该粒径的泥沙颗粒各占50%的重量。3)算术平均粒径即各组粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值,计算公式为4)几何平均粒径是粒径取对数后进行平均运算,最终求得的平均粒径值。计算公式为注:关于级配曲线的定义错的比较多,并不是以粒径的对数或
6、是负对数为横坐标,也不是按几何级数变化的粒径尺度为分级标准只要跟上述表达的意思一致都为正确答案。2.6某海滩的沙粒粒度范围是,试给出以毫米为单位的颗粒粒径范围解:因为,其中D为颗粒粒径,所以可得到,所以颗粒的粒径范围为0.083mm-0.379mm。注:此题不要忘记单位第二次作业参考答案第二章2.21 动床模型中常采用量瓶法测量浑水浓度?量瓶的容积约为1000cm3,每次使用前需在当时水温下精确测量其容积。已知某次测量数据为:水温20,空瓶的质量为113.0g,空瓶加清水的质量为1146.14g,空瓶加浑水的质量为1149.42g,滤出瓶中浑水中的沙样烘干后得沙的质量为52.99g。已知模型沙
7、的颗粒容重为1.065gf/cm3, 20时清水的容重为0.9982 gf/cm3,试求量瓶体积,沙样固体的体积,浑水的体积比和质量比浓度。解:水温20时,清水的重量为W=1146.14-113.0=1033.14gf清水的容重为 =0.9982gf/cm3量瓶的体积为沙样固体的重量为 Ws=52.99gf;模型沙颗粒容重为 =1.065gf/cm3沙样固体的体积为 浑水的体积比浓度为 浑水的重量比浓度为 注:公式,单位一定不要忘记,同时注意表达方式的书写。mW, ,单位的换算。还有不要混淆gf 和g的区别,前者是重力的单位,后者是质量的单位。1kgf=1000gf=9.8N, 指的是1千克物
8、体所受的重力。在计算中,重量也可以用质量来表示,单位是g,表达符号是m.它与重量用力的表示,单位是gf,数值上是一样的。2.22推导例2-6中给出的重量ppm值S与重量比含沙量Sv的关系已知:;求证:证明: 从而求得 证明完毕注:这个题目大家错的比较少,只有个别的同学没有证完。主要问题在于步骤少!2.24动床河工模型设计中的一个重要参数是沉速比尺,其中下标p表示原型沙的沉速,下表表示模型沙的沉速。为了达到原型,模型淤积部位相似,常令,其中是模型的垂向长度比尺。已知原型沙的容重是,原型沙的中值粒径是,原型中水温为20。模型的垂向长度比尺,模型中用容重为的电木粉末作为模型沙。试求:(1)试验时水温
9、控制在20,则模型沙的中值粒径应是多少? (2)试验中的实际水温是5,此时仍按(1)算出的模型沙中值粒径进行试验,则试验中实际的沉速比尺是多少? (3)试验时水温控制在20,但模型中悬沙浓度为100kg/m3,此时试验中实际的沉速比尺是多少? 提示:沉速用层流区公式计算,粒径用代表,水的物理性质如下:水温容重运动黏滞系数5201000998.21.51410-61.00410-6解:(1)原型沙粒径0.076mm,流速可用层流区Stokes公式计算:;模型沙粒径更小,也符合Stokes公式;温度相同,则于是: ; ;代入数据得:。(2)若试验时模型水温为,则仍有:;代入数据得:。(3)模型中,
10、;于是:注:这个题目大家的问题比较多。1 公式的选择,最好用Stokes公式。当然采用表2-8种其它三种层流计算公式不影响计算结果。2 第一问中的确定,水温是在都为,所以=998.2kgf/cm3。个别同学=103 第二问出现的问题最多。尤其注意原型与模型因温度的不同,取值得不同。原型是,所以=998.2kgf/cm3; =1.00410-6m2/s;模型是,所以=1000kgf/cm3; =1.51410-6m2/s4 第三问求解中,注意=1500kgf/cm3。以及长度比尺的应用。5 题目不一定非要每步都计算出结果,把公式简化后再计算,不容易出错6 注意数字的精度,在计算过程中尽量不要四舍
11、五入,以免最后结果不准确。第三次作业参考答案第三章3.7某渠道断面为梯形,底宽5.0m,边坡1:2,坡降J=3/10000(万分之三),边壁突起高度,无床面形态。试用Einstein的断面平均流速公式求时的水深。12bh解:忽略岸壁阻力,即。由于无床面形态,则。 计算步骤如下:(1)给出h的初始试算值。(2)由h值求得水力半径R水深与面积的关系为。湿周P与水深的关系为水力半径R与水深的关系为。(3)由,用的值计算平均流速。(课本式3-18)其中=0.008m。为了从图3-10查出,需要用到粘性底层厚度的值: 故 (4)求出,与给定的流量比较。重复上述步骤,反复试算直至求出正确R值。试算过程如下
12、表所示,最终试算结果为h=2.586m时Q=35A/P/s/s/1.007.009.470.740.0002532.151.000.050.825.732.0018.0013.941.290.0001942.491.000.061.1721.023.0033.0018.421.790.0001650.061.000.071.4447.362.5025.0016.181.550.0001746.481.000.071.3132.702.6026.5216.631.590.0001747.231.000.071.3335.382.5525.7616.401.570.0001746.861.000.
13、071.3234.022.5826.2116.541.580.0001747.081.000.071.3334.842.5926.3716.581.590.0001747.151.000.071.3335.112.58626.3016.561.590.0001747.121.000.071.3335.00注:此题与例3-3不同,没有沙波阻力,用水深作为试算值准确些个别同学把水深与水力半径的关系写错表格格式化问题,单位不写3.10在宽2.4m的水槽中测得如下数据粒径断面平均流速比降水深床面形态0.190.190.821.320.00130.00300.310.20沙垄逆行沙垄运用图3-5至图3-
14、9判别准则估计其床面形态,并于实测结果对比解:1) 水槽过水断面面积A=Bh=2.40.31=0.744湿周P=B+2h=2.4+20.31=3.02水力半径剪切流速(这里不能用代替)(图3-53-,图3-)(图3-53-8)(图3-)(图3-)(图3-)查图3-5,图3-6,床面形态无法得知。查图3-7,床面形态为过渡查图3-8,床面形态为平整 查图3-9,床面形态为沙纹-沙垄图3-9与实测结果比较接近。2)水槽过水断面面积A=Bh=2.40.20=0.48湿周P=B+2h=2.4+20.20=2.8水力半径剪切流速查图3-5,图3-6,床面形态无法得知。查图3-7,床面形态为逆行沙垄查图3
15、-8,床面形态为平整 查图3-9,床面形态为过渡区图3-7与实测结果比较接近。注:个别同学计算剪切应力,剪切流速时水力半径用水深代替。还有好多同学没有计算沉速,有的查图不完整或是查错。3.11某河流中平均流速,平均水深。水力坡降(万分之七点七),推移质粒径D=0.51mm,试用图3-9判断河床上有无沙波形态。解:查图3-9 可知河床上有沙波形态,床面形态是沙纹-沙垄。注:本题基本上没有问题补充题:推导公式3-25 证明:设河岸的剪切应力为,河床的剪切应力为,过水断面湿周中河岸部分为,河床部分为,全断面边界剪切应力的平均值为分割水体的受力平衡可得 (1)由能坡分割法,设由边壁摩擦的产生的能坡为,
16、河床摩擦产生的能坡为则有,把以上各式代入(1)式,则根据曼宁公式, 设岸壁区,河床区水流速度,则有, (2)将(2)式代入(1)式可得因为,则整理可得 即证明完毕注:本题基本上没有问题,假定岸壁区域河床区流速相等都等于断面平均流速。第四次作业参考答案第三章12bh3.8. 已知:梯形断面渠道,Q40,坡降,泥沙粒径,水深。设断面平均流速U由沙粒阻力决定,即,求沙粒阻力对应的水力半径。解:忽略岸壁阻力,即。试算如下:1) 给出的初始试算值;2) 用的试算值计算平均流速。,为了从图3-10查出,需要用到粘性底层的值故 ;3) 求出,与给定流量值比较。其中。重复试算,直至求出正确的。试算过程如下:试
17、算值()()()10.0001316.87 1.022.11 37.97 1.10.0001257.21 1.012.23 40.18 1.050.0001287.04 1.012.17 39.07 1.080.0001267.14 1.012.21 39.74 1.090.0001257.17 1.012.22 39.96 1.0950.0001257.19 1.012.23 40.07 1.0920.0001257.18 1.012.22 40.00 因此,沙粒阻力对应的水力半径为1.09m。注:此题问题不大,还是表格的规范问题3.12已知宽浅型冲积河道,单宽流量,比降是(万分之三), 。
18、试用Einstein方法求其水深,并求此种情况下的糙率n和Darcy-Weisbach系数f各为多少?(如例题3-3)解:,忽略岸壁阻力的影响,即。计算步骤如下1)给出的初始试算值2)用的试算值计算平均流速其中,为了从图3-10查出值,需要用到粘性底层的厚度的值。故 3)用的试算值计算Einstein的水流强度参数由图3-13中可查出此值对应的值4)计算和的值 5)因为是宽浅型河道,水力半径与水深的关系为 6) 单宽流量,与给定的值比较。重复上述步骤,反复试算直到求出正确的值。试算过程如下表所示。()()()()()()()14.211.091.301.6523.90.051.012.012.
19、012.610.93.991.11.221.8322.10.061.041.941.942.370.954.101.11.261.7423.00.051.021.971.972.49所以水深,由曼宁公式得, 由Darcy-Weisbach公式可知系数 注:此题相对于3.8稍微复杂了点,在于考虑了沙波阻力。3.13某梯形渠道,边坡1:2,b=5m,(万分之八),水的容重为。泥沙的容重为。水的动力黏滞系数为。用Englund方法求关系曲线,要求包括关系的双值区域(参考例)解1)假定一个水深2)计算3)求。按Engelund的经验关系查出,或由拟合方程式(3-38)(3-40)求得。对不同的值范围,
20、用相应范围的公式计算。)由值求。由,可知)求平均流速:)求过水断面面积:)求流量。,至此,求得关系曲线上的一点。继续按此法计算,可以求得题意要求的关系曲线。一般可从至。每间隔,计算一个关系曲线点,对用低水流能态区的拟合关系,对用高水流能态区的拟合关系关系。在之间关系时双值的,所以在这一范围内关系也是双值的。()()()()()0.50.402 0.125 0.129 0.53 31.59 0.750.566 0.188 0.566 0.194 0.584 0.69 1.38 4.8753.37 6.74 10.717 0.266 0.717 0.274 0.739 0.86 1.60 76.0
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