水力学期末考试复习题及答案

1 水力学期末考试复习题及答案水力学期末考试复习题及答案 1 选择题 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 b a 1 kN m2 b 2 kN m2 c 5 kN m2 d 10 kN m2 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 c a 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 c a 1 54m b 2 0m c 2 45m d 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 b a 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 b a 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 100 模型中水深为 0 1 米 则原型中对应点水深为和流量比尺为 d a 1 米 Q 1000 b 10 米 Q 100 2 c 1 米 Q 100000 d 10 米 Q 100000 2 判断题 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 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 m2 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 h hk 弗汝德数 Fr 1 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 3 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 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 hc ht ht为下游河道的水深 填写 符号 答案 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 o 8m s 则原型中对应点的流速为 vp m s 答案 4m s 4 问答题 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 f3 紊流粗糙区又称为阻力平方区 4 为什么舍齐公式 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 R R iRCv 4 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 5 作图题 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 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 5 分 解 6 计算题 计算题 v0 0 测 压 管 水 头 线 总 水 头 线 v0 0 K K i i 1K i i 3K K i i 3 K i 3 4 d mH9 0 D D l hc02 3 ht 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 1 J h1 J h2 2 J h1 J h2 3 J h1 pb 2 pa pb 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 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 填空题三 填空题 在空格中填写正确答案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 4 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 iRACQ 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 16 四 问答题四 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 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 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 6 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 17 六 根据题目要求解答下列各题六 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 解解 水平分力 Px pc Ax 74 48kN 铅垂分力 Py V 85 65kN 静水总压力 P2 Px2 Py2 P 113 50kN tan Py Px 1 15 49 合力作用线通过圆弧形闸门的圆心 2 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 g v R l hH w 2 4 2 计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数 9 10 15 022 0 m2 04 d A R 将参数代入上式计算 可以求解得到 sm091 2 m s16 4 3 vAQv 即倒虹吸管内通过的流量为 2 091m3 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 H R O A B R d1 v1 18 解 解 列喷嘴进口断面 1 1 和喷嘴出口断面 2 2 的连续方程 得喷嘴流量和出口流速为 s m 00314 0 3 11 AvQ s m 9 9 2 2 A Q v 对于喷嘴建立x 方向的动量方程 1211xx vvQRAp N 8 187 3233 vvQApR 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 Z1 52 16m 出口槽底高程 Z2 52 04m 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 解 i Z1 Z2 L 0 001 m2 55 2 bhA m 9 42 hbx m 52 0 x A R s m06 64 1 2 1 6 1 R n C v C Ri 0 5 1 46m s Q vA 3 72m3 s 5 有一矩形断面混凝土渡槽 n 0 014 底宽 b 1 5m 槽长 L 116 5m 进口处槽底高 程 Z1 52 06m 当通过设计流量 Q 7 65m3 s 时 槽中均匀流水深 h 0 1 7m 试求渡槽底 坡和出口槽底高程 Z 2 6 图示水箱一侧有一向上开口的短管 箱内水位恒定 水通过管嘴向上喷射 若管嘴出 口至水箱水面的高度 h 5 m 短管的总水头损失是短管流速水头的 0 2 倍 取动能校正系 数 1 求管嘴的出流速度 v 及此射流达到的高度 z P 1 x 2 2 1 1 R 19 7 求图中矩形面板所受静水总压力的大小及作用点位置 已知水深 H 2 m 板宽 B 3m 8 图示一跨河倒虹吸管 正方形断面 边长 b 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 0 24 已知通过流量Q 2 662m3 s 若上下游的行进流速水头忽略不计 求上下游水位差 H 9 有一水电站引水钢管 管道长度 L 2000 m 管中水流的流速 v 2 m s 管道水击波 波速 C 1172 m s 由于管道末端阀门在 2 秒内完全关闭 产生水击 试判断水击类型 并求管中水击压强水头 H 10 测定 90 弯管的局部水头损失系数的试验装置如 题图所示 已知试验段 AB 长 10 m 管径 d 0 05m 弯 管曲率半径 R d 管段沿程水力摩擦系数 0 0264 实 测 AB 两端测压管水头差 h 0 63cm 100 秒钟流入量水 箱的水体体积为 0 028m3 试求弯管局部水头损失系数 11 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 Z1 52 16m 出口槽底高程 Z2 52 04m 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 12 某溢流坝下收缩断面处水深 hc 1 1m 已知单宽流量 q 14 72m2 s 当坝下游水深 ht 4 7m 时 1 求对应收缩断面处水深 hc的跃后水深 hc2 水 h A B 20 p dd h 1 1 2 2 1 2 1 v 2 坝下游发生何种形式的水跃 是否需要修建消能工 解 解 1 计算临界水深 hk 判断收缩断面和下游水流流态 m81 2 8 9 72 14 3 2 3 2 g q hk 因为收缩断面水深 hc 1 1 m hk 为急流 下游水深 ht 4 7m hk 为缓流 所以溢流坝下游必定发生水跃 2 计算收缩断面处水深 hc的共軛水深 hc2 hc2 181 2 3 2 c c gh qh 5 81m 1 1 18 9 72 14 81 2 1 1 3 2 因为 hc2 ht 该水跃为远驱水跃 3 溢流坝下游发生远驱水跃 需要修建消力池 13 矩形断面渠道中有一平板闸门 渠宽 b 3m 闸前水深 H 4m 闸下收缩断面水深 hc 0 8m 已知渠道流量 Q 18m3 s 取动能和动量校正系数 均为 1 求水流作用于闸门上的作用力 14 已知如图所示水平安装的文丘里流量计 已测得压强 0 5m 0 2m 水管的横 1 p 2 p 断面积 A1 0 002m2 A2 0 001m2 不计水头损失 求 通过文丘里流量计的流量 Q 为多少 15 管道直径 d 10 mm 通过流量 Q 20 cm3 s 运动粘度 0 0101 cm2 s 问管中 水流流态属层流还是紊流 若将直径改为 d 30 mm 水温 流量不变 问管中水流属 何种流态 H c h 21 16 有一水电站引水钢管 管道长度 L 2000 m 管中水流的流速 v 2 m s 管道水击波 波速 C 1172 m s 由于管道末端阀门在 2 秒内完全关闭 产生水击 试判断水击类型 并求管中水击压强水头 H 17 某矩形断面河道中建筑有一座 WES 堰型溢流坝 溢流堰宽 b 10m 在设计水头 Hd 2 50m 时的流量系数为 md 0 502 堰高 P1 16m 问 1 不考虑侧收缩和淹没影响 求通过堰型溢流的流量 Q 2 若坝下收缩断面处水深 hc 0 8m 当坝下游水深 h t 3 5m 时 坝下游是否发生水 跃 如发生水跃 属于何种形式的水跃 是否需要修建消能工 18 有一矩形断面渠道底宽 b 1 5m 底坡 i 0 0004 糙率 n 0 014 当槽中均匀流水 深 h0 1 7m 时 试求通过的流量 Q 19 图示一水平放置的弯管 直径 D 0 2 m 转角 90 1 1 断面管轴处的动水压 强为 p1 40kN m2 2 2 断面与大气连通 管中流量为 Q 0 1m3 s 求水流通过弯管时对管 壁的作用力 取动能校正系数和动量修正系数均为 1 20 求图中圆弧形闸门 AB 所受静水总压力的大小及方向 已知水深 H 4 m 板宽 B 2m H A B 1 1 2 2 D 22 21 有一浆砌块石的矩形断面渠道 糙率 n 0 025 宽 b 6m 当 Q 14 0m3 s 时 渠 中均匀水深 h 2m 试判断渠道中的明渠水流流态 22 某矩形断面渠道 通过的流量为 Q 30m3 s 底宽为 b 5m 水深为 h 1m 判断渠内水 流是急流还是缓流 如果是急流 试计算发生水跃的跃后水深是多少 23 某矩形断面渠道中建有单孔平板闸门 已知平板闸门的宽度 b 6 m 闸前水深为 H 4m 闸孔流量系数 0 45 闸门开度 e 0 5m 闸底板与渠底齐平 1 不计闸前行进流速水头 按自由出流求过闸流量 Q 2 若闸下收缩水深 hc 0 4m 下游水深 ht 2 5m 判断闸下水跃衔接的形式 并 确定是否需要修建消力池 h c 24 如图所示矩形平板闸门 AB 宽 b 3m 门重 G 9800N 60 h1 1m h2 1 73m 试求 下游有水时启门力 T 25 有一水平放置的管道 如图 管径 d1 10 cm d2 5 cm 管中流量 Qv 10 L s 断面 1 处测管高度 H 2 m 不计管道收缩段的水头损失 取动能与动量校正系数均为 1 求水 流作用于收缩段管壁上的力 26 有一浆砌块石的矩形断面渠道 糙率 n 0 025 宽 b 5m 当 Q 15 0m3 s 时 渠 中均匀水深 h 2m 试判断渠道中的明渠水流流态 h t H h h h 1 2 3 T 23 27 有一单孔水闸 平板闸门孔宽 3 0 m 闸门开度 e 0 5m 闸前水深 H 6 0 m 闸 孔流量系数 0 556 闸底板与渠底齐平 不计闸前行进流速水头 按自由出流求过闸流 量 Q 28 水温 10 C 时水流的运动粘滞系数为 0 0131 cm2 s 水管的直径为 10 cm 管 中流速为 100 cm s 试判别水流流态 29 有一矩形断面渠道均匀流 底宽 b 10 m 水深 h 3 m 糙率 n 0 014 底坡 i 0 001 如流动在紊流粗糙区 求谢才系数 C 和流量 Q 并判别是急流还是缓流 30 有一虹吸管 如