(最新)河流动力学作业参考答案[1].

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1、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 : (25.4-D N/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

2、为筛的网线直径可能不一样,所以以上两个答案都正确 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 =?=n i i i m p D D 1 1001 4几

3、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 ln 1001exp(1 =?=n i i i mg p D D 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 1.4 3.6 = -,试给出以毫米为单位的颗粒粒径范围解:因为 D 2log -=, 其中 D 为颗粒 粒径,所以可得到 2D -= 3789.0224.111=- -D ,0825.0226.322=- -D 所以颗粒的粒径范围为0.083mm-0.379mm 。 注

4、: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 1000cm 3,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 11 3.0g,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 。已知模型沙的颗粒容重为1.065gf/cm 3 , 20时清水的容重为 0.9982 gf/cm 3 ,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=10

5、33.14gf 清水的容重为 =0.9982gf/cm 3 量瓶的体积为 331033.14 1035.0031035.000.9982 W V cm cm = = = 沙样固体的重量为 W s =52.99gf ;模型沙颗粒容重为s =1.065gf/cm 3 沙样固体 的体积为 3352.99 49.7558749.761.065 s s s W V cm cm = = = 浑水的体积比浓度为 49.755870.048073 4.81%1035.003 s v V S V = = 浑水的重量比浓度为 33352.99 0.051198/0.0512/51.2/1035.003 s w W

6、 S gf cm gf cm kgf m V = 注:公式,单位一定不要忘记 ,同时注意表达方式的书写。m W, ,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 S v 的关系 已知: s w W S V = = 总泥沙所占重量 浑水总体积 ;6ppm 10S =? 泥沙所占重量 (重量浑水总重

7、量 求证:6 6 101(110 w s S S -? ? =- ? 证明: 6666 (110(110(10(110s s s w m m w v v s v s v w s W W W S W V W S S S S S S S S S S -= =? =+-? =+-? =+-? =+-? ? ? 总 总总 从而求得 6 6 101(110 w s S S -? ? =- ? 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/p m =,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

8、到原型,模型淤积部位相似 ,常 令 ( 1/2 v h =,其中 h 是模型的垂向长度比尺。已知原型沙的容重是 32650/s kgf m =,原型沙的中值粒径是500.03D mm =,原型中水温为 20。模 型的垂 向长度比尺 40h =, 模型中用容重为 3 1500/s kgf cm =的电木粉末作为模型沙。试求: (1 试验时水温控制在20,则 模型沙的中值粒径50D 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50D 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/m 3 ,此时试验中实际的沉

9、速比尺 是多少 ? 提示:沉速用层流区公式计算 ,粒径用 50D 代表,水的物理性质如下 : 解: (1原型沙粒径 500.03D mm =0.076mm ,流速可用层流区 Stokes 公式计算 : 2 118s gD -= ;模型沙粒径更小 ,也符合 Stokes 公式;温度相同 ,则,p m m p =于是: (2 1/2/sp p p m h sm m D D -? = ? -? ; m D D =; 代入数据得 :0.030.0216 m D mm =。 (2若试验时模型水温为5o C ,则仍有 :2 /p m s p p m m p m s m p m p D D -? = ? -

10、? ; (3模型中 100 6.67%1500W V s S S = = =,(55 110.06670.7082V S =-=-=; 于是:( 1/2 00 1.412 1.412 1.4128.930.7082p p p h m = =? =? 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 20o C ,所以 =998.2kgf/cm 3 。 3. 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,p ,m ,p ,m 取值 得不同。原型是 20o C

11、,所以 p =998.2kgf/cm 3; p =1.004? 10-6m 2/s ;模型是 5o C ,所以 m =1000kgf/cm 3; m =1.514? 10-6m 2/s 4. 第三问 V S 求解中 ,注意 s =1500kgf/cm 3。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 0.008s k m =,无床面形

12、态。试用Einstein 的断面平均流速公式求335/Q m s =时 的水深。 解:忽略岸壁阻力 ,即 b R R =。b b R R R =+ 由于无床面形态 ,则 b R R R =。 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2 52A h h =+。 湿周 P 与水深的关系为 5P =+ 水力半径 R 与水深的关系为 2 R =。 (3由 R R =,用 R 的值计算平均流速。 (课本式 3-18 5.75lg(12.27s R k = 其中 s k =0.008m 。为了从图 3-10查出 ,需要用到粘性底层厚度的值 : 6

13、4 *11.6U -=故 s k = (4求出 Q AU =,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。试算过程如下表所示 ,最终试算结 果为 h=2.586m 时 Q=353 /m s 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 解:1 水槽过水断面面积A=Bh=2.40.31=0.7442 m 湿周 P=B+2h=2.4+2 0.31=3.02m 水力半径 0.744 0.2463.02A R m P = 剪切流速 *0.056/U m s = = 010009.80.2460.00

14、13 3.139RJ gRJ Pa =?=(这里不能用 h 代替 03 3.139 1.022(265010009.80.1910s D -= =-?(图 3-53-6,图 3-9 3*6 0.0560.1910Re 10.610 U D -? = =(图 3-53-8 639 1090.19100.0255/D m s -=-=-? = * 0.056 2.20.0255 U = =(图 3-7 3 33262 9.8(0.191067.2(10gD -? =(图 3-8 0.47Fr = =(图 3-9 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-

15、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=2.4 0.20=0.482 m 湿周 P=B+2h=2.4+2 0.20=2.8m 水力半径 0.480.1712.80A R m P = 剪切流速 *0.071/U m s = = 010009.80.1710.0030 5.04RJ gRJ Pa =?= 03 5.04 1.640(265010009.80.1910s D -= =-? 3*6 0.0710.1910Re 13.510 U D -? = = 639 1090.19100.0255/D m s -=-=-? = * 0.071 2.80.0255 U = = 3 332 62 9.8(0.191067.2(10 gD -? = 0.94Fr = = 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 3-8,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R用水深 H 代替。 还有好多 同学没有计算沉速 ,有的查图不