大工15秋《水力学》开卷考试期末复习题.doc

大工15秋水力学开卷考试期末复习题（一）选择题1、液体的相对密度是指液体的重量与和它（ ）的重量之比。A同质量的15水 B同体积的15水C同质量的4水 D同体积的4水答案：D2、将细的玻璃管插入水中，产生毛细现象，其原因是由于玻璃与水体间的附着力（ ）水体内聚力，而使液面（ ）。A大于、呈凸形面 B大于、呈凹形面C小于、呈凸形面 D小于、呈凹形面答案：B3、牛顿液体中，切应力与速度梯度之间呈（ ）关系。A线性 B指数C对数 D双曲线答案：A4、液体中某点的绝对压强为129，则该点的相对压强为（ ）。A20 B27C31 D35答案：C解析：相对压强：以当地的大气压强作为零压强表示液体中某点的压强，记为，它与绝对压强和大气压强的关系为：-因此，该点的相对压强=129-98=31 5、实验室内采用内径为4mm的测压管测得某一点的压力水柱高为240mm，则实际的压强水柱高度为（ ）。A240mm B233mmC245mm D261mm答案：B解析：取水与玻璃的接触角，所，由公式计算毛细管的升高：所以实际的压强水柱高度为240-7=233mm。6、实压力体与液体在曲面的（ ）侧，压力体内（ ）液体。A同，实有 B同，无C异，实有 D异，无答案：A7、能量方程中，水头的物理意义是（ ）。A单位重量液体的压能 B单位重量液体的势能C单位体积液体的压能 D单位体积液体的势能 答案：A8、对于不可压缩液体恒定总流，断面平均流速与过水断面积（ ）。A成反比 B成正比C之和为常数 D之差为常数答案：A9、有关恒定总流能量方程的应用条件，下列说法正确的是（ ）。A要求液体可压缩B过水断面在均匀流或渐变流的区段上C所有受力只有重力D非恒定流答案：B解析知识点：恒定总流能量方程的应用条件：（1）恒定流；（2）不可压缩液体；（3）质量力只有重力；（4）过水断面在均匀流或渐变流的区段上。10、当流动的雷诺数小于下临界雷诺数时液体流态为( )。A急流 B层流C紊流 D缓流答案：B11、圆管层流中，管中心处的切应力( )。A等于零 B最大C等于平均应力 D为总应力的2/3答案：A12、当沿程水头损失系数仅与相对粗糙度有关时，圆管内流动为（ ）。A层流 B水力光滑管紊流C过渡粗糙管紊流 D水力粗糙管紊流答案：D解析知识点：通过各计算沿程水头损失系数的公式可知：层流时沿程水头损失系数只与雷诺数有关；水力光滑管时也只与雷诺数有关；过渡粗糙管时同时与雷诺数和相对粗糙度有关；水力粗糙管时只与相对粗糙度有关，而与雷诺数无关。13、有关短管的水力计算下列说法正确的是（ ）。A计算时仅考虑流速水头 B计算时仅考虑沿程水头损失 C计算时仅需考虑局部水头损失和流速水头 D计算时需考虑局部水头损失和流速水头和沿程水头损失答案：D14、串联管路各管段的水头损失（ ）。A相等 B逐渐减小C之和等于管路流速水头 D之和等于管路的总作用水头答案：D15、通过长管流动的特征可知，长管的总水头线与测压管水头线（ ）。A平行不重合 B垂直C重合 D都为上升趋势答案：C16、用雷诺数判别液流型态，当雷诺数较小时，表明作用在液流上的（ ）起主导作用，液流呈（ ）型态。A惯性力，紊流 B惯性力，层流C粘性力，紊流 D粘性力，层流答案：D17、宽浅式明渠层流过水断面上沿垂线的流速是按（ ）规律分布的。A直线 B抛物线C对数曲线 D指数曲线答案：B:18、某梯形水力最佳断面渠道的水深为8m，其水力半径R为（ ）。A8m B4mC3m D2m答案：B:解析：梯形渠道水力最佳断面的水力半径为：即梯形水力最佳断面的水力半径为水深的一半。19、明渠均匀流的基本公式中，流量模数相当于（ ）时渠中通过的流量。A底坡 B底坡C底坡 D底坡答案：B20、在棱柱形渠道恒定非均匀渐变流微分方程中，分子反映了运动水流的（ ），当时，水流为（ ）。A均匀程度，非均匀流 B均匀程度，均匀流C急缓程度，急流 D急缓程度，缓流答案：B21、定性分析水面曲线时，平底坡在流区号上加的下角标是（ ）。A0 B1 C2 D3答案：A22、定性分析水面曲线变化的规律时，在临界坡的情况下，NN线和KK线的关系是（ ）。ANN线位于KK线之下BNN线位于KK线之上C不存在NN线DNN线和KK线重合答案：D23、弗劳德数的物理意义是表示作用在水流上的（ ）。A惯性力与重力之差 B惯性力与重力之比C惯性力与粘性力之差 D惯性力与粘性力之比答案：B24、在明渠流态判别中，当弗劳德数小于1时，有关水流流态和作用力说法正确的是（ ）。A缓流，作用在水流上的惯性力起主要作用B缓流，作用在水流上的重力起主要作用C急流，作用在水流上的惯性力起主要作用D急流，作用在水流上的重力起主要作用答案：B25、用水深法判断明渠缓急流时，当水深小于临界水深时，流动为（ ）。A急缓混流 B临界流C急流 D缓流 答案：C26、水跃的消能效果一般用水跃的消能系数衡量，消能系数等于（ ）。A水跃中消除的能量与跃后断面的总机械能之比B水跃中消除的能量与跃后断面的总机械能之差C水跃中消除的能量与跃前断面的单位机械能之比D水跃中消除的能量与跃前断面的单位机械能之差答案：C27、闸底板为宽顶堰时，满足何条件为闸孔出流。（ ）A BC D答案：B28、曲线型实用堰的流量系数随水头变化，其范围大致为（ ）。A0.330.43 B0.420.50C0.450.62 D0.550.75答案：B29、当产生临界式水跃时，（ ）。A下游水深大于收缩断面的共轭水深B下游水深小于收缩断面的共轭水深C下游水深等于收缩断面的共轭水深D下游水深2倍于收缩断面的共轭水深答案：C（二）填空题1、明渠水流临界雷诺数的表达式为=_。答案：2、作用在平面上的静水总压力等于平面_与其形心处_的乘积。答案：面积、静水压强3、表面张力只发生在液面的周界处，其作用方向_周界线且与液面_。答案：垂直于、相切4、水静力学基本方程中z的几何意义是_，物理意义是_。答案：位置水头、单位重量液体的位能5、在紊流运动中，由于其混掺的特性，紊流切应力主要由_、_两部分组成。答案：粘性切应力、附加切应力6、出流在大气中的有压管流称为有压管道_，出流在水面下的有压管流称为有压管道_。答案：自由出流、淹没出流7、管网按其布置形状可分为_和_。答案：枝状管网、环状管网8、明渠均匀流产生的条件中要求渠道为_形、_底坡且渠中无建筑物的长渠道。答案：棱柱、正9、流量模数相当于底坡_时，渠中通过的_。答案：、流量10、明渠均匀流的总水头线、测压管水头线及底坡线_。答案：互相平行11、根据明渠水流的断面平均流速与相对波速，可以判别当时，水流为_；当时，水流为_；当时，水流为_。答案：缓流、临界流、急流12、在棱柱形渠道恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析中，水面曲线是通过_和_进行分区的。答案：正常水深线N-N、临界水深线K-K13、棱柱形渠道恒定非均匀渐变流微分方程，常采用_、_、_求解。答案：数值积分法、水力指数法、分段求和法14、过堰流量与堰上总水头的_次方成正比例。答案：3/215、实用堰淹没条件是_和_。 答案：下游水位超过堰顶、产生淹没水跃16、宽顶堰的流量系数主要取决于_和_。答案：堰顶进口形式、堰的相对高度17、挑流消能的挑距L为挑流_和_之和。答案：空中射程、水下射程18、两液流的相似条件是_、_、_以及边界条件相似。答案：几何相似、运动相似、动力相似19、达西定律表达式为_。符合达西定律的渗流其沿程水头损失与流速的_次方成正比。答案：、一20、井的计算任务主要是求_和_。答案：渗透流量、浸润线的位置21、渗流总压力或扬压力等于_与_之和。答案：浮托力、渗透压力（三）判断题1、当雷诺数较小时，表明作用在液流上的质量力起主导作用。（ ）答案：错误。当雷诺数较小时，表明作用在液流上的粘性力起主导作用，粘性力约束液流质点的运动，呈层流型态。2、圆管中紊流的雷诺数必然小于3000。（ ）答案：错误。对于圆管中的流动，临界雷诺数为，当雷诺数大于临界雷诺数时，流态为紊流。3、宽浅式明渠层流过水断面上沿垂线的流速是按抛物线规律分布的。（ ）答案：正确。4、静水压强的方向沿受作用面的外法线方向。（ ）答案：错误。静水压强的方向沿受作用面的内法线方向。5、由水静力学的基本方程可知，重力作用下同一种连通液体中水平面是等压面。（ ）答案：正确。6、对于高为h宽为b矩形平板。（ ）答案：正确。7、作用在潜体和浮体上静水总压力大小，等于它排开水的体积。（ ）答案：错误。应为等于它排开水体的重量。8、恒定流时流线的形状将不随时间变化。（ ）答案：正确。9、恒定总流能量方程应用中，基准面可任意选取，但必须是水平面。（ ）答案：正确。10、在管道或渠槽的紊流运动中，水流过水断面上的流速是按照幂指数曲线规律分布的。答案：错误。由紊流流速分布公式可知，在管道或渠槽的紊流运动中，水流过水断面上的流速是按对数曲线规律分布的。11、长管的水力计算中，沿程水头损失一般被忽略，主要计算流速水头和局部水头损失。（ ）答案：错误。长管水力计算中，忽略流速水头和局部水头损失，只计沿程水头损失或者将流速水头与局部水头损失之和折算成沿程水头损失的百分数，然后加在沿程水头损失上。12、液体通过并联的任何管段的水头损失相等（ ）。答案：正确。13、新建的枝状管网的水塔高度的确定中，控制点应选择是指距水塔最近、高程低、要求的自由水头小的点。（ ）。答案：错误。控制点是指距水塔最远、高程高、要求的自由水头大，最后要求的总作用水头最大的点。14、作用在水流上的重力在流动方向上分量与明渠壁面上的法向惯性力相等。（ ）答案：错误。作用在水流上的重力在流动方向上的分量与明渠壁面上摩擦力相等。15、在渠道设计中边坡系数的确定主要由土壤的性质确定。（ ）答案：正确。16、底坡法是缓急流判别的重要方法，主要适用于明渠非均匀流。答案：错误。底坡法只属于明渠均匀流的缓急流判别。17、水跌是水流从急流经临界水深到缓流时水面急剧降落产生的。（ ）答案：错误。水跌是水流从缓流经过临界水深过渡到急流时水面急剧降落的局部水力现象。18、由水面曲线变化的规律可知，a区的水面曲线为降水曲线。（ ）答案：错误。定性分析水面曲线小结中表明，a、c区水面曲线为壅水曲线。19、闸孔出流主要是由于建筑物将水流的过水断面积扩大而形成的。（ ）答案：错误。堰流与闸孔出流的共同特征表明，堰流和闸孔出流都是由于建筑物将水流的过水断面积缩小而形成。20、当堰的厚度与堰上水头之比大于2.5时，属于薄壁堰流。（ ）答案：错误。堰流常按堰顶水头和堰厚之间的相对关系，分成不同的类型。当时，为薄壁堰流；当时，为实用堰流；当时，为宽顶堰流。21、折线型实用堰流量系数一般比曲线型剖面堰大。（ ）答案：错误。折线型实用堰流量系数范围大致为m=0.330.43，较曲线型剖面堰小。22、高坝实用堰上的闸孔出流一般不会发生淹没出流。（ ）答案：正确23、在消能池池深的设计中，应选择使等于零的流量作为池深的设计流量。（ ）答案：错误。由近似估计池深公式可以看出，应选择使最大的流量作为池深的设计流量。24、在渗流中不计流速水头，是分析渗流运动规律的前提条件。（ ）答案：正确。25、达西定律是渗流分析的重要定律，主要适用于土石坝紊流渗流。（ ）答案：错误。由于达西定律表明的是渗流水头损失和速度的一次方成正比，因此，它只适用于层流渗流。26、在土坝渗流计算中，当地基的渗透系数小于坝体土壤渗透系数的5%时，可认为是不透水地基。（ ）答案：错误。当地基的渗透系数小于坝体土壤渗透系数的1%时，可认为是不透水地基。（四）简答题1、圆管层流其切应力和流速都是如何分布的？管中心和管壁处有何不同？（1）圆管层流的切应力沿径向直线分布。管中心处（）的切应力，而管壁处（）的切应力最大。 （2）圆管层流断面上沿过圆心垂线的流速按抛物线规律分布。管壁处（）的流速，管中心处（）的流速最大。2、何谓总流？恒定总流的连续方程是什么？充满流管内的液体称为流束，横断面积很小的流束为元流，许多元流的集合或有限边界内液体的流动称为总流。对无支流的总流有：或，即对于不可压缩液体恒定总流，断面平均流速与过水断面积成反比。对有支流的总流有：Q入=Q出，即流入系统流量的总和等于流出系统流量的总和。3、根据层流底层厚度与当量粗糙度关系，紊流中的壁面可分为几种？如何定义，各类有哪些力起作用？（1）当时，称为水力光滑面，若为管道则称为水力光滑管。粘性力起主要作用。（2）当时，称为水力粗糙面，若为管道则称为水力粗糙管。起主要作用的是由于紊流中液体质点动量交换引起的附加切应力。（3）介于（1）和（2）两种情况之间的壁面称为过渡粗糙面，若为管道称为过渡粗糙管。粘性力和由于紊流中液体质点动量交换引起的附加切应力同时起作用。4、雷诺数物理意义是什么？为什么能用雷诺数作为判别液流型态的理由？答案：（1）雷诺数表示作用在液流上的惯性力与粘性力的比值。（2）当雷诺数较小时，表明作用在液流上的粘性力起主导作用，粘性力约束液流质点的运动，故呈层流型态。当雷诺数大时，表明作用在液流上的惯性力起主导作用，粘性力再也约束不住液流质点，液流质点在惯性力作用下可以互相混掺，而呈紊流型态。这就是用雷诺数作为判别液流型态的理由。5、紊流可划分为哪些流区？如何划分？各流区起主要作用的力是什么？ 答案：根据层流底层的厚度与当量粗糙度的对比关系进行划分。（1）水力光滑管紊流当时，称为水力光滑面，对应的为水力光滑管紊流，粘性力起主要作用。（2）水力粗糙管紊流当时，称为水力粗糙面，对应的为水力粗糙管紊流，粘性力起的作用很小，起主要作用的是由于紊流中液体质点动量交换引起的附加切应力。（3）过渡粗糙管紊流介于（1）和（2）两情况之间的壁面称为过渡粗糙面，对应的为过渡粗糙管紊流，粘性力和由于紊流中液体质点动量交换引起的附加切应力同时起作用。6、何谓简单长管？其液体流动的特征是什么？答案：（1）沿程管径、管材及流量不变，且在水力计算中只计沿程水头损失的管路称为简单长管。（2）长管流动的特征是： 长管中的作用水头全部消耗在克服沿程水头损失上； 总水头线与测压管水头线重合。7、明渠渐变流和急变流的特征主要有哪些？（1）明渠渐变流的特征是：水深沿程缓慢增加发生壅水，水深沿程缓慢减小发生降水，其次是底坡线、水面线和总水头线互相不平行，即。（2）明渠急变流的特征是：水面急升或急降。8、弗劳德数的物理意义是什么？它表示作用在水流上的惯性力与重力之比。弗劳德数小于1，说明作用在水流上的重力起主要作用，流动为缓流；弗劳德数等于1，说明作用在水流上的惯性力与重力相当，流动为临界流；弗劳德数大于1，说明作用在水流上的惯性力起主要作用，流动为急流。9、泄水建筑物下游有几种水流衔接与消能形式？各通过什么来实现消能和衔接目的？答：面流衔接与消能、底流衔接与消能、挑流衔接与消能。面流衔接与消能：用低于下游水位并有适当高度和小挑角的跌坎，将下泄的高速急流导入尾水的表面，利用尾水的顶托作用使水流扩散，以达到消能和衔接的目的。底流衔接与消能：借助泄水建筑物下游消能工使产生稍许淹没的淹没水跃。挑流衔接与消能：它是借助泄水建筑物末端的鼻坎将下泄的高速水流挑向空中，使其落入距建筑物较远的下游水垫中，实现消能及衔接。（五）画图题1、绘制图示ABC面上压力体图，并标出水压力铅直分力的方向。答案：2、水面曲线定性分析画图举例如图所示，于缓坡渠道上设置闸门，闸门上、下游渠道为长渠，末端为跌坎，闸门以一定开度泄流，闸门前水深为，闸门后收缩断面水深小于临界水深，即。试求：定性画出全渠道的水面曲线。分析：1. 画N-N线和K-K线，将流动空间分区。由于是缓坡渠道，故N-N线在K-K线之上。2. 找出控制水深。它们是：闸前水深H，闸后收缩断面水深及坎端断面水深。3. 确定水面曲线类型（1）闸前段由于闸前水深，水流在缓坡渠道的1区，故产生型壅水曲线，上游端渐近N-N线，下游端渐近水平线。（2）闸后段由于闸后收缩断面水深，水流在缓坡渠道的3区，故产生型壅水曲线，其终点水深是正常水深的共轭水深，即型曲线后面与水跃连接。（3）跃后段由于跃后水深，水流在缓坡渠的2区，故产生型降水曲线，上游与N-N线渐近，下游在渠道末端发生水跌。3、试绘制如图所示壁面ABCD上的相对压强分布图，并注明大小。答案：解： pA=0，pB=h1，pC=pD=（h1+h2），分析：（1）B点同时属于AB、BC面，因此该点有两个压强方向，即分别垂直与AB、BC平面，根据压强特性二，其大小相等。C点类似B点。 （2）根据等压面原理pC=pD。 （3）先在各特征点A、B、C、D处垂直于各平面的直线，然后根据各特征点的压强值截取线段长度，最后用直线连接各特征点压强线的尾端形成压强分布图。（六）计算题1、如图所示，用一根直径的管道从水箱中引水，假设水箱较大，在引水过程中水位保持不变。已知管道的引用流量，管道中的水头损失，试求：水箱中水位与管道出口断面中心的高差。解：以过管道出口断面中心的水平面0-0为基准面，取水箱水面为1-1断面，取管道出口断面为2-2断面，计算点分别取在水箱水面上和管道出口断面的中心。现写1-1和2-2断面的总流能量方程：其中， (采用相对压强)，于是上式变为：2、一混凝土重力坝几何尺寸如下图所示，求此混凝土重力坝侧面上单位宽度的静水总压力。2 解：（1）静水总压力的水平分力（2）静水总压力的铅垂分力绘制压力体，如右图所示，阴影部分为压力体，铅垂压力铅垂向下（压力体绘制得分）静水总压力的铅垂分力为：（3）作用在混凝土重力坝侧面上单位宽度的静水总压力（4）静水总压力的方向静水总压力作用线与水平线的夹角：3、如下图所示一离心水泵，已知：抽水流量，安装高度，吸水管直径，吸水管中的总水头损失，试求：水泵进口断面2-2处的真空度。解：取水池中水面为1-1断面，并作为基准面0-0，水泵进口断面为2-2断面，写两断面的总流能量方程：式中：，由于2-2断面出现负压真空现象所以采用绝对压强，于是，最后上式变为：， 4、有一如下图所示的溢流坝，当通过的流量为时，坝上游水深坝下游收缩断面的水深，已知坝长（垂直于纸面方向），试求：水流对坝体的总作用力。 解：取水平向右方向为x轴正向，水流对坝体只有x方向的作用力。取图中虚线和自由水面线所围水体为控制体。在x方向上作用在控制体上的作用力，当忽略空气和床面与水体的摩擦力时，只有作用在1-1和c-c断面上的动水压力和，以及坝对水体的反作用力。于是，对该控制体x方向的动量方程为：我们认为1-1和c-c断面处水流符合渐变流条件，因此，动水压强按静水压强规律分布，即：=由连续方程求1-1和c-c断面的断面平均流速分别为：将上面各值代入式，因为动水压力是以kN为单位，所以得：= 4412.75kN所求得的为正值,说明我们假设的方向正确。那么，根据作用力与反作用力大小相等方向相反，则水流作用在坝体上的作用力为4412.75kN，但方向沿x轴正向。5、在立面图上有一如下图所示的弯管段。已知：弯管段入出口的直径分别为0.5m和0.25m；折角；管中通过的流量；弯管入口处的相对压强；弯管段的水重，进出口断面高程差。试求水流对弯管的作用力。解：以图中0-0为基准面，写进出口断面的能量方程，则：=1-1和2-2断面上作用的动水总压力分别为：现在，按图示坐标系统，取1-1和2-2断面间水体为控制体。作用在控制体上的外力有：1-1和2-2断面上的动水总压力、水体的重量和弯管对水体的反作用力。设弯管对水体的反作用力的x和z方向的分量分别为和。x方向的动量方程为：所以得出：=z方向的动量方程为：所以得出：=因为求得的和均为正值，所以假设的反作用力的方向正确。反作用力的合力大小为：合力与水平方向的夹角为：最后，水流对弯管的作用力大小为28.29kN，方向与R方向相反。6、一混凝土排水管道，直径d=1m，充水深h=0.5m，底坡i=0.005，管道的粗糙系数n=0.014，试求：管中的流速v和通过流量Q。解：（1）湿周长（2）过水断面积 （3）水力半径（4）计算谢才系数 （5）断面平均流速和流量的计算7、如下图所示卧式压力罐A，通过l=50m，d=150mm的铸铁管，向屋顶水箱B供应温度10的水。已知h1=1m，h2=5m，。管路上有3个90圆弯头，d/R=1，1个球形阀，压力罐压力表读数为1Pa，按旧金属管道取当量粗糙度ks=0.6mm，试求：管道中的流量Q。解：由于流量未知，即流速、雷诺数未知，因此无法判定流区，只能采用试算法。假定流动在阻力平方区。通过查表进行计算得：，以地面为基准面0-0，写1-1 和 2-2断面的能量方程，则代入下列已知条件计算 流区检查，当时，雷诺数为由 和，查莫迪图得，其流动为过渡粗糙管紊流，与假设流动在阻力平方区不符。现将代入式，重新计算得：，。8、如下图所示用一根普通旧铸铁管由A水池引向B水池，已知：管长，管径，有一转弯，其弯曲半径，有一阀门，相对开度，当量粗糙度，水温，试求：当水位差时管中的流量。 解：此题属于短管淹没出流，其计算公式为：由于流量即流速未知，因此只能事先假设值，设。查表得，。所以校核所设值是否正确，由莫迪图查得，与原假设一致，故正确。9、如下图所示，采用铸铁管由水塔向工厂供水。已知：管长，管径，水塔处地形标高，水塔水面距地面高度，工厂地形标高，管路末端需要的自由水头，试求：通过管路的流量。解：以海拔水平面为基准；写水塔中水面和管路末端断面的能量方程，得管道的作用水头为：查表得管径400mm铸铁管的比阻，代入得：检查流区是否是粗糙管紊流区属于过渡粗糙管