水力学期末考试复习题与答案.doc

水力学期末考试复习题及答案1、选择题：（每小题 2 分）（ 1）在水力学中，单位质量力是指（c ）a、单位面积液体受到的质量力；b、单位体积液体受到的质量力；c、单位质量液体受到的质量力；d、单位重量液体受到的质量力。（ 2）在平衡液体中，质量力与等压面（d ）a、重合；b、平行c、相交；d、正交。（ 3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 ba、1 kN/m 2b、2 kN/m 2c、5 kN/m2d、10 kN/m 2（ 4）水力学中的一维流动是指（d ）a、恒定流动；b、均匀流动；c、层流运动；d、运动要素只与一个坐标有关的流动。（ 5）有压管道的管径d 与管流水力半径的比值d /R=（ b）a、8；b、 4；c、 2；d、1。（ 6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数与 边壁相对粗糙度和雷诺数Re 都有关，即可以判断该液体流动属于ca、层流区；b、紊流光滑区；c、紊流过渡粗糙区；d、紊流粗糙区（ 7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头 H = 250m，则管道中原来的流速v0 为 ca、1.54mb 、2.0mc 、2.45md、3.22m（ 8）在明渠中不可以发生的流动是（c）a、恒定均匀流；b、恒定非均匀流；c、非恒定均匀流；d、非恒定非均匀流。（ 9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（b）。a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。（ 10）底宽 b=1.5m 的矩形明渠，通过的流量 Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深 h = 0.4m，则该处水流的流态为 ba、缓流； b、急流； c、临界流；（ 11）闸孔出流的流量 Q 与闸前水头的 H（ d）成正比。a、 1 次方b、2 次方c、 3/2 次方d、1/2 次方（ 12）渗流研究的对象是（a）的运动规律。a、重力水； b、毛细水； c、气态水； d、薄膜水。（ 13）测量水槽中某点水流流速的仪器有ba、文丘里计b、毕托管c、测压管d、薄壁堰（ 14）按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺 L，模型中水深为0.1=100米，则原型中对应点水深为和流量比尺为da、 1 米， Q =1000；b、 10 米， Q =100；1c、1 米， Q =100000；d、10 米， Q =100000。2、判断题：（每小题 2 分）（ 1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。（ x）（ 2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（x）（ 3）水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。（ x）（ 4）粘滞性是液体产生水头损失的内因。（T）（ 5）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。（T）（ 6）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（X）（ 7）矩形断面水力最佳断面的宽深比 =2。（T）（ 8）断面比能沿流程总是减小的。（X）（ 9）在流量和渠道断面形式一定的条件下,跃前水深越大，跃后水深也越大。（ X ）（ 10）渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流， 并且无渗透变形。 ( T )3、填空题：（每小题 2 4 分）（ 1） 牛顿内摩擦定律适用的条件是和。答案：层流运动，牛顿液体（ 2） 液 体 中 某 点 的 绝 对 压 强 为 100kN/m2，则该点的相对压强为kN/m 2，真空度为。答案： 2， 不存在 .（ 3） 只受重力作用，静止液体中的等压面是。答案：水平面。（ 4） 实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是，。答案：液体存在粘滞性和边界的影响。（ 5） 水流在明渠中的流态为缓流时，其水深hhk ，弗汝德数 Fr1。（填写、 符号）答案：，。（ 6） 在流量不变的条件下，水跃的跃前水深越小，则水跃的跃后水深越。答案：大。（ 7） 根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为和。答案：短管，长管。（ 8） 在水击计算中阀门关闭的时间 Ts水击相长 Tr 的水击，称为水击，把 Ts Tr 的水击称为水击。答案：直接，间接。(9)a2 型水面曲线是发生在坡上的流（指急流或缓流）的水面线，这时弗汝德数 Fr 沿程（指增大、减小或不变）答案：陡坡，缓流， 减小。(10) 溢流堰的过堰流量与堰顶水头的次方成正比。2答案： 3/2 。（ 11） 泄水建筑物下游发生远驱水跃时，下游收缩断面水深hc 的共轭水深hcht(ht 为下游河道的水深，填写、 符号 )(12) 按重力相似准则设计的溢流坝水力模型，长度比尺 L =25，当模型中某点的流速为 v m，则原型中对应点的流速为p=m/s。= o.8m/sv答案： 4m/s 。4、问答题：（每小题 3 4分）（ 1）什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性， 在液体流动时会引起能量损失， 给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论， 我们引入了理想液体的概念， 忽略液体的粘滞性，分析其运动规律， 然后再考虑粘滞性影响进行修正， 可以得到实际水流的运动规律，用以解决实际工程问题。这是水力学重要的研究方法。（ 2）“均匀流一定是恒定流” ，这种说法是否正确？为什么？答案：这种说法错误的。均匀是相对于空间分布而言，恒定是相对于时间而言。当流量不变通过一变直径管道时，虽然是恒定流，但它不是均匀流。（ 3）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数 的变化规律。答案：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中 仅是雷诺数 Re 的函数并与 Re成反比；在层流到紊流过渡区， 仅是 Re 的函数；在紊流光滑区 =f1（ Re）； 过渡区 =f2（Re，）；粗糙区 =f 3（R），紊流粗糙区又称为阻力平方区。R（ 4）为什么舍齐公式v C Ri 只适用于阻力平方区？答案：舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式， 自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区，因此该公式只适用于紊流阻力平方区。（ 5）流动相似的含义是什么？答案：流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似。其中几何相似是前提，动力相似是保证，才能实现流动相似。（ 6）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。答案：均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变， 但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能来克服水流阻力。所以均匀流只能产生在正坡渠道中。（ 7）分析水面曲线时，如何寻找急流和缓流的控制断面？答案：急流的控制断面在上游， 因为外界对急流的干扰不能向上游传播； 缓流的控制断面在下游，其原因与急流正好相反。（ 8）在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？答案：达西定律适用于任一点的渗流流速u=kJ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流， 同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于 v= kJ。35、作图题：（ 1） 定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。(5 分)v0=0总水头线测压管水头线v0 =0解：（ 2）定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线，并注明曲线名称及流态。(各渠段均充分长，各段糙率相同)(5Ki 1i Ki iK分 )解：6、计算题：（ 1） 图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为 A= 0.64 m2，长 l =50 m，两个30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 1=0.2， 2=0.5， 3=1.0，沿程水力摩擦系数 =0.024，上下游水位差H=3m。求通过的流量Q ?（ 10N 1缓流a1缓流Kb1N 1N 3b急流i1i K2i 2i KN 3分）4解： 按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程H hw (l) v 2(5 分)4R2g计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数RA0.2m ,0.2 2 0.5 1.0 1.9将参数代入上式计算，可以求解得到v4.16m/s ,Q vA 2.662m 3 /s(5 分)即倒虹吸管内通过的流量为2.662m3 /s 。（ 2） 从水箱接一橡胶管道及喷嘴(如图 )。橡胶管直径 D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm。水头 H =5.5 m 。由水箱至喷嘴的水头损失hw = 0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强 p = 4.9N cm2。如用手握住喷嘴，需要多大的水平力 R ， 行 近 流 速 v0=0 ， 取 动 能 校 正 系 数 和 动 量 校 正 系 数 均 为 1 。（ 15 分）解：以过喷嘴中心的水平面为基准面，列水箱渐变流断面11 和喷嘴出口断面22 的能量方程H 000v220.5(5 分)02 g求得喷嘴出口流速和流量为v22g 5 9.9 msQv2 A2m3s(1.5 分)0.000314橡胶管道内的流速为v3Qms(1 分)A30.7065对于喷嘴建立 x 方向的动量方程p3 A3RQ( v2 xv3 x )R p3 A3Q (v2v3 ) 187.79 N(6.5 分)水流对喷嘴冲击力为RR 即为手握喷嘴所需之力。(1 分)（ 3）有一梯形渠道，底宽b =10 m，水深 h = 3 m，边坡为 1:1，糙率 n = 0.014，底坡 i=0.001。如流动在紊流粗糙区，求通过的流量 Q。(9 分)解：计算渠道断面水力要素，过流断面面积Abhmh 239 m2(1.5 分)湿周xb212h18.49m(1.5 分 )m水力半径RA2.11 m(1 分)x舍齐系数C11/ s(2 分)1 R 6 80.90m 2n通过的流量Q = AC (R i)0.5 = 144.93 m3/s(3 分)（ 4）某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽B18m，流量 Q265m3/s，坝下收缩断面处水深 hc，当坝下游水深t时，问：(=1.1mh =4.7m12 分)1）坝下游是否发生水跃？（4 分）2）如发生水跃，属于何种形式的水跃？（4 分）3) 是否需要修建消能工？若需要修建消能工，估算消力池深。（4 分）解： 1)计算临界水深 hk，判断收缩断面和下游水流流态，q = Q/B =265/18 =14.72 m3/smq 23 14.722hk 32.81 mg9.8因为收缩断面水深 hck 为急流，下游水深tk 为缓流，=1.1 m hh =4.7mh所以溢流坝下游必定发生水跃。62）计算收缩断面处水深hc 的共軛水深 hchc( 18q 21)ghc3hc21.114.722 2( 189.81.131) 5.81m因为hct ，该水跃为远驱水跃。h3）溢流坝下游发生远驱水跃，需要修建消力池。估算消力池深 d，取水跃淹没系数j 1.05则池深约为d =j hc- ht =1.05 5.81 4.7 = 1.40 m水力学模拟题2。一、选择题（每小题1 分，共 5 分）1、明渠均匀流可能发生在： （）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、 都有可能。2、某水库水深为10m处的绝对压强为：（）A. 10kPa ； B. 98kPa ；C. 147kPa ； D. 196kPa 。3、在圆管流中，层流的断面流速分布符合：()A 、 均匀规律； B、直线变化规律；C 、 抛物线规律； D、对数曲线规律。4、圆柱形外管嘴的正常工作条件是：（）A. A.l (3 4） d ， H 09m ；B. B.l (3 4） d ， H 09m ；C. C.l (34)d , H 09m ；D. D.l h c02(3) h t 1，则A、B 两测压管中的液面必为(2)(1) B 管高于A 管；(2) A 管高于B 管；(3) AB 两管同高。22、紊流的断面流速分布规律符合（ 1）1对数分布；2椭圆分布；3抛物线分布；4直线分布。23 平底棱柱形明渠发生水跃，其水跃函数J (h1)与 J (h2)的关系是（ 1）1J(h1)= J(h2)2J(h1)J(h2)3J(h1) pb(2) papb(3)pa =pb(4)无法确定25、层流断面流速分布规律符合（ 3）1对数分布；2直线分布；3抛物线分布；4椭圆分布。26、佛汝德数Fr 是判别下列哪种流态的重要的无量纲数（1）1急流和缓流；2均匀流和非均匀流；3层流和紊流；4恒定流和非恒定流。27、紊 流中粘滞底层厚度比绝对粗糙高度大得多的壁面称为（ 1）（ 1）光滑面2过渡粗糙面（ 3）粗糙面（ 4）以上答案均不对三、填空题 (在空格中填写正确答案)1、水力模型的重力相似准则是模型与原型的佛汝德数相同。2、明渠的断面和流量不变时，水跃的跃前水深越大，则跃后水深越小。3、底流式消能工的主要形式有降低护坦、修建消能坎、综合式消能池3 种形式。144测量明槽流量的主要工具有_堰 _、 _量水槽 _。5、根据管道计算方法的不同，管道可分类为长管和短管。6、渗流的达西公式是_v=kJ_ 。7、测量管道流量的主要仪器有文丘里流量计、涡轮流量计。8、计算明渠均匀流的公式是QACRi 。9、根据管道中水击波传播时间与阀门关闭时间的对比关系，水击可分类为（ 1） 直接水击和 （ 2） 间接水击。10、底流式消力池中产生的水跃，要求是_微淹没 _形式的水跃消能率高且稳定。11、按重力相似准则设计的模型中，几何比尺为64，则流速比尺为8。12、牛顿内摩擦定律适用条件是牛顿流体，层流运动13、理想液体与实际液体的主要区别是_是否存在液体的拈滞性_14、实际液体在流动时产生水头损失的内因是液体的粘滞性，外因是边界条件的影响。15、水跃是水流从 _急 _流过渡到 缓 流的局部水力现象； 当流量一定， 跃前水深增大时，则跃后水深是 减小 。16、三种液体盛有容器中，如图所示的四条水平面，其中为等压面的是B B四、问答题1什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？解：可压缩性是： 当外界的压强发生变化时液体的体积也随之发生改变的特性。 液体可压缩性一般情况下可以不必考虑， 但是当外界压强变化较大， 如发生水击现象时必须予以考虑。2有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？解：这种说法是错误的，均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言，即运动要素沿流程不变， 而恒定流是相对于时间而言， 即运动要素不随时间而变。 两者判别标准不同。3 什么是相对压强和绝对压强？4。 写出水力半径R 的表达式。5、请分别叙说明渠均匀流水深和临界水深的含义和区别。156、明渠的底坡可以分为哪些类型？7、如何用临界水深hk 与渠道内的水深h 来判别明渠水流的流态？8、根据边界条件的不同，水头损失可以分为哪两类？9、试叙述判断明渠水流流态有哪些方法。10 明渠均匀流产生的条件是什么？六、根据题目要求解答下列各题1、图示圆弧形闸门AB(1/4 圆 ), A 点以上的水深H 1.2m，闸门宽 B=4m，圆弧形闸门半径 R=1m，水面均为大气压强。确定圆弧形闸门 AB 上作用的静水总压力及作用方向。解：水平分力Px=pc A x=74.48kN铅垂分力Py= V=85.65kN,H静水总压力P2 = Px2+ Py2,ORAP=113.50kN,tan = Py/Px=1.15=49 R合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。B2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径 d 0.8m，长 l =50 m，两个 30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 1=0.2， 2=0.5， 3=1.0，沿程水头损失系数 =0.024，上下游水位差H=3m。若上下游流速水头忽略不计， 求通过倒虹吸管的流量Q 。解： 按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程16Hhw(l) v 24R2g计算圆 管道断面的水力半径和局部水头损失系数RA0.2m ,0.2 2 0.5 1.0 1.9d / 4将参数代入上式计算，可以求解得到v4.16m/s ,Q vA 2.091m 3 /s即倒虹吸管内通过的流量为2.091m 3/s 。3 、某水平管路直径d1=7.5cm ，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图 )，喷嘴出口直径d2=2.0cm 。用压力表测得管路与喷嘴接头处的压强p=49kN m2，管路内流速 v1=0.706m/s 。求水流对喷嘴的水平作用力F (可取动量校正系数为1)v1d1解： 列喷嘴进口断面1 1 和喷嘴出口断面 22 的连续方程：得喷嘴流量和出口流速为：Qv1 A10.00314 m 31sv2Q9.9 mRA2s2P对于喷嘴建立 x 方向的动量方程2p1 A1RQ( v2 x v1x )1R p3 A3Q(v2v3 ) 187.8 Nx水流对喷嘴冲击力:F与R,等值反向。4、有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底宽 b 1.5m，槽长 L 120m。进口处槽底高程 Z 1=52.16m，出口槽底高程 Z 2 52.04 m，当槽中均匀流水深h0=1.7m 时，试求渡槽底坡i 和通过的流量 Q。解： i= （Z1-Z2） /L = 0.001A bh2.55 m2xb2h4.9 mRA0.52 mxC111R 664.06 m 2 / snv=C (Ri)0.5 1.46m/s35、有一矩形断面混凝土渡槽(n=0.014) ，底宽 b 1.5m,槽长