【水力学】-水力学模拟试卷2

《水力学》模拟试卷2一.填空（每空1分，共２０分）作用于液体上的力，按其作用特点可分为（ ，如（ ）和（ ，如（ ）等。雷诺数表（ 力（ 力的比值佛汝得数表（ ）力与（ ）力的比值。（ ）（ ）两种工程措施加大下游水深。液体质点运动的基本形式是（ （ （ （ ）组成的。6设泄水建筑物闸门下泄流量一定，泄出水流的下游有一水跃，闸后泄流收缩断面处水深6为hk，水流的佛汝德数

Fr k

，下游水深ht＝2.5hk，因而

h''hk k

（ ，该水跃为（ ）水跃。6．针对右图所示泄水管道中的AB两点，当水头H不随时间发生变化时，时变加速度为零的点为（ 位变加速度不为零的点（ 当水头H随时间减小时，时变加速度不为零的点为（ ，位变加速度为零的点为（ 。判断题（每处１分，共10）液体的粘性是指当液体微团之间发生相对滑移时产生切向阻力的性（ 不表现粘性的液体称为理想液体（ 。均匀流中过水断面上动水压强的分布规律与静水压强的分布规律相（ 非均匀流中，过水断面上动水压强的分布规律与静水压强的分布规律近似相同（ 。顺水流方向由缓流过渡到急流水流必然以水跃的方式通过临界水深（ ；由急流过渡到缓流，水流必然以水跌的方式通过临界水深（ 。在缓坡渠道上可以形成急流，也可形成缓流（ 。急变流不可能是均匀流（ 。管壁光滑的管子一定是水力光滑管（ 。在相对静止的同种、连通、均质液体中，等压面就是水平面（ 。三、选择题（每题１分，共5分）明渠恒定均匀流中，单位总机械能E沿程（ 。A.减小 B.增大 C.不变 D.没有确定规律当平底矩形断面棱柱体明渠流量一定时，若发生水跃，则跃前水深h1与跃后水深h2之间的关系为（ 。A.h1随h2增大而增大 B.h1随h2增大而减小C.h1的大小同h2的大小无关 D.前两种情况、B）均可能流量一定，管径沿程减小时，测压管水头线（ 。A.总是与总水头线平行 B.只能沿程下降C.可能沿程上升也可能沿程下降 D.不可能低于管轴线明渠恒定均匀流中，断面比能Es沿程（ 。A.减小 B.没有确定规律 C.增大 D.不变设有棱柱体长直渠道，糙率为常数，通过的流量一定。若此明渠中未能形成均匀流，则其原因是（ 。A.i<ik B.i>ik C.i=ik D.i=0四.作图（共10分）（2）画出下列图中各标有文字的受压面上的静水压强分布图。(2）画出下列图中各曲面上的压力体图，并指出垂直压力的方向。（3）定性绘制下列管路中的总水头线与测压管水头线。i>i1 ki<ii>i1 ki<i1 2i>i3题图 4题图（3分）如图所示两段断面尺寸及糙率相同的长直棱柱体明渠，定性绘制由于底坡变化所引起的渠中水面曲线。已知上下游渠道底坡均为陡坡，且i2>i1。五、计算题（共55分）1（10分）设大气压强pa=98kp（如图γ=133KN/my=20ch=10c，求Ａ点的相对压强（用应力单位表示。2.（15）B，D=1m60°，门的中心4mG=980N，问：当下游无水时，在AT大？（I c

4R4）1题图1题图2题图3题图（10分有一渠道用两根直径d为1.0m（n=0.01来跨过ft（如图，1100.0m299.0ml18m，l215m，中间有60ξb0.365，ξeξ01.0hv7m3题图4题图（10θ=30d1=0.3md2=0.2mQ=0.1m3/s2.94×104Pa，试求为了固定弯管所需的外力（不计弯管的阻力损失4题图5.（10分）某电站引水渠，在粘土中开凿，未加护面，渠线略有弯曲，在使用过程中，岸坡已滋生杂草n=0.0。已知：断面为梯形，边坡系数m为1.，底宽b为34m，底坡i为1/6500，渠底至堤顶高差为如图。与电站最小水头所相应的渠中水深h为1.5m，试计算此时渠中通过的流量为多少？55题图填空3.降低护坦高程，修建消力坎4.平动，转动，线变形，角变形5.3，远驱式6.AB，B，AB，A二、判断题三、选择题1.A；2.B；3.B；4.D；5.D四、作图1.（略）2.（略）3.测压管水头线通过管道出口4.b型降水曲线2五、计算题1.通过U型管左支水与水银交界面的水平面为等压面，则：p yp hA Ha HgA点的相对压强为：p pA a

hHg

H

ypa1330000.198060.211.34KN/m22.h 4mc作用在闸门上的静水总压力：Phc

A98064

41230.81KNcy y Ic h c

4R4D c yA sin60c

h c d2 144 4 2

sin604 4.632msin60

4 12sin604静水总压力距B点的力距为：D 1h sin60 4 sin60e y c1 D

2sin60

4.632

2sin60

0.513m门的重量（力）距B点的力距为：e 12 2

cos600.25m对B点取距：Tcos60DPe1

Ge2Tcos60130.810.5130.980.25解得启动闸门所需的力：T32.10KN3.Rd10.25m4 416C R1 1 0.25116

6256.69m1/s62n 0.0148gC2

89.80656.692

0.0244以下游水面为基准面，写出上、下游渠道中断面的能量方程：l l l

v2 v2100900000001 2 3 )d 2g e 0 b 2g81215 v2 v210.024 (0.51.020.365)1 29.806 29.806解得：v2.53m/s12以上游水面为基准面，写出上游渠道中断面与B-B断面的能量方程：120pa

0z

pB

v2l l

v2(

)v2 s 2g d 2g

e b 2g1papBz l l21

)v2 s dl l

e b 2gv2h zV sz h

1 2d1l l21

e b

)2g)v2s V d e b 2g70.02448120.50.365)

2.5321 29.8066.23m虹吸管的安装高程不应大于：1006.23106.23m4.v1

Q QA 1 d2

0.10.32

1.42m/s4 1 4v Q Q 0.1 3.18m/s2 A 2 d24 2

0.224以通过管轴线的水平面为基准面，不计弯管阻力损失，写出1、2断面能力方程：p2120 1v 0p2v2 p212

1.0) 2g 2g 1 229400 1.422 p 3.182980629.8062980629.806解得：p 2.54104Pa21、2PpA1 1 1

29400

0.322077.11N4P pA2 2 2

25400

0.22797.56N4y（取动量修正系数等于1。X方向动量方程：10000.1(3.18cos301.42)2077.11FxY方向动量方程：

797.56cos30Fx

1.25KN10000.1(3.18sin30sin30Fy解得：Fy

0.56KNF2F2F2x ytanFyFx

0.2520.560.2520.5620.25

2.24

0.61KN即水流对弯管的作用力大小为0.61KN，方向指向右下方，作用力与水平面夹角为θ。为了固定弯管，需要的外力为0.61KN。5.渠道中水深：h1.5mA(bmh)h(341.51.51.554.37m21m211.52xb2h 1m211.52A 54.37

39.41mR 1.38mx 39.411 1C R16 1.381635.17m12/sn 0.031.381.3816500RiQACRi

54.3735.17

27.9m3/s1．定解问题（1）基本方程：圣维南方程组 AQq

(连续方程) t x lQ

(Q2)gAZ

gAS

0

动量方程）t x A x f（2）定解条件：初始条件和边界条件条件1：水位边界条件已知 t下游边界：Z=4.0+1.5sin( )(m) 12条件2：流量边界条件已知 上游边界：Q=500(m3/s) t下游边界：Z=4.0+1.5sin( )(m) 12条件3：水位—流量关系条件已知 A=20km2 t下游边界：Z=4.0+1.5sin( )(m) 122．差分格式 Q Q j

CZj

j

CZ Dj j jEjQj

GQj

j

FZj

j

FZ j j j3．计算方法追赶法：边界条件的追赶关系条件1：水位边界条件已知QZj

Sj1

T Qj1

j1 j

Pj

V Qj1

j1条件2：流量边界条件已知Z S j

j

T Zj1

j1P V Zjjjj条件3：水位—流量关系条件已知可线性化处理后，按照条件2方法进行计算。4．程序框图开始开始上边界条件计算数组说明计算追赶系数数组基本数据下边界条件计算单位换算回代计算水位流量初始条件赋值输出计算结果时间步长循环结束5．成果分析基于教科书附录中的FORTRAN代码，自主转换编译为VisualC#程序进行成果分析。程序说明（1）红色曲线代表流量过程线48，黑色代表水位流量过程线48h，通过对各参数进行设置，自动绘出过程线，并能将数据结果输出到TXT文档。（2）因部分断面流量起伏较大或水位起伏较小，致使曲线无法显示或不便进行观察比较，故可通过乘以缩放倍比对曲线进行调整（同一条件下选择最优缩放倍比。（3）本程序的重要优势在于可对计算中的重要参数进行迅速调整，简单明了模拟出其对河道水流计算的影响程度和作用情况。（4）本程序无法绘制同一条件下不同断面流量（或水位）过程线，因而给断面情况对比分析带来一定的不便。编译结果编译结果界面如下图所示（根据题意，以断面1、1、1、21为例：1）条件1结果（水位缩放倍比5，流量缩放倍比0.：1：6：16：21：2）条件2结果（水位缩放倍比2，流量缩放倍比0.1：断面:1：6：16：21：2）条件3结果（水位缩放倍比5，流量缩放倍比0.1：1：6：16：断面21：规律分析（1）水位过程线分析：条件1中越往下游，水位不断上涨，最高水位缓慢左移；随时间推移，逐渐由水平线转为稳定的三角函数曲线。条件2中上中游水位过程线形状与上游流量过程线类似，下游形状与三角函数曲线相同。条件3中越往下游，水位不断上涨，最高水位增幅较大且缓慢左移；全过程的三角函数曲线形状由扁平逐渐趋于稳定。（2）流量过程线分析：条件1中越往下游，曲线缓慢左移（洪峰提前，各断面洪峰值23中越往下游，曲线缓慢左移（洪峰提前，各断面洪峰值变幅较小；全过程曲线形状与水位类似，但变幅更大。（3）整体分析：依据洪水的叠加效应，越往下游洪量越集中，洪峰有提前的趋向。（4）稳定性分析：本题中的0.75，Preissmann格式的稳定条件是无条件稳定，值条件（或原微分方程解的性质）=DT*C，因而可考虑通过对时间步DXDTDXDT取10mi，DX取1k（可取0-1.6k。（5）在对各断面进行绘图时可发现，初始水位和流量的取值对计算结果影响很小，并且这种影响将随着计算时刻的推移而逐渐消失，一般持续时间为前3-5小时。参数敏感性分析由前段时间的学习可知，一维模型的建立有如下假定条件：（1）河道水位较高且漫滩时，假定主槽和滩地同时向下游输送流量，但输送流速不同；（可以相等，也可以不相等；（3）一般情况下，干流与汇入支流的夹角较大，支流集中入流q入

的动量沿干流流向的分动量可忽略，即分动量Vx

0；（4）假定水密度为常数，即不随水温、气压而改变；（5）假定模拟的河段为定床情况，即不考虑河床的冲淤变化和人类活动的影响；（6）假定河道水面无横比降；（7）假定非恒定流的