土木工程师-专业基础（水利水电）-水力学-明渠恒定非均匀流动

土木工程师-专业基础（水利水电）-水力学-明渠恒定非均匀流动[单选题]1.有一河道泄流时，流量Q＝120m3/s，过水断面为矩形断面，其宽度b＝60m，流速v＝5m/s，河道水流的（江南博哥）流动类型为()。[2016年真题]A.缓流B.急流C.临界流D.不能确定正确答案：B参考解析：解法一：比较河流水深（h）与临界水深（hc）的关系。根据题意有：h＝Q/（vb）＝120/（5×60）＝0.4m由于hc＞h，因此判断河道的流动类型为急流。解法二：计算弗劳德数，因因此判断河道的流动类型为急流。[单选题]2.满足dEs/dh＝0条件下的流动是()。[2013年真题]A.缓流B.急流C.临界流D.均匀流正确答案：C参考解析：h表示水深，Es表示断面单位能量，dEs/dh＞0时，断面单位能量随水深增加而增加；dEs/dh＜0时，断面单位能量随水深增加而减小；dEs/dh＝0为断面比能最小的临界情况，此时弗劳德数Fr＝1，水流为临界流。[单选题]3.下列哪种情况可能发生？()[2017年真题]A.平坡上的均匀缓流B.缓坡上的均匀缓流C.陡坡上的均匀缓流D.临界坡上的均匀缓流正确答案：B参考解析：A项，明渠均匀流只能发生在正坡渠道中，即i＞0；平坡（i＝0）不能产生均匀流。正坡渠道中，按渠道的实际底坡i与临界底坡ic相比又分三种情况：①i＜ic为缓坡，此时，h0＞hc，均匀流是缓流；②i＞ic为陡坡或称急坡，此时h0＜hc，均匀流是急流；③i＝ic，为临界坡，此时h0＝hc，均匀流是临界流。平坡和逆坡不可能发生均匀流；临界坡上的均匀流为临界流；当i＜iK时，可发生均匀流态为缓流，底坡为缓坡的情况。[单选题]4.水跃跃前水深h′和跃后水深h″之间的关系为()。[2014年真题]A.h′越大则h″越大B.h′越小则h″越小C.h′越大则h″越小D.无法确定正确答案：C参考解析：水跃是明渠水流从急流状态（水深小于临界水深）过渡到缓流状态（水深大于临界水深）时，水面骤然跃起的局部水流现象。跃前水深h′是指跃前断面（表面水滚起点所在的过水断面）的水深；跃后水深h″是指跃后断面（表面水滚终点所在的过水断面）的水深。由水跃方程曲线（见图1-6-1）可知，跃前水深h′和跃后水深h″呈反比关系，跃前水深愈小，对应的跃后水深愈大；反之，跃前水深愈大，对应的跃后水深愈小。图1-6-1[单选题]5.下列关于明渠非均匀流说法正确的是()。[2010年真题]①水深和断面平均流速沿程变化；②流线间互相平行；③水力坡度线、测压管水头线和底坡线彼此间不平行；④总水头沿程下降。A.①②④正确B.②③④正确C.①③④正确D.①②③④正确正确答案：C参考解析：流线不是相互平行直线的流动称为非均匀流。明渠非均匀流是不等深、不等速的流动，即水深h和断面平均流速v沿程发生变化。在明渠非均匀流中，渠道底坡i、水面坡度Jp和水力坡度J不再相等，即i≠Jp≠J。无论是均匀流还是非均匀流，总水头线总是沿程下降。[单选题]6.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()。A.缓流B.急流C.临界流D.无法确定正确答案：B参考解析：弗劳德（W.Froude）数法判别流动类型的计算公式为：式中，无量纲数Fr称弗劳德数。弗劳德数可判别水流的流动类型：Fr＜1，缓流；Fr＞1，急流；Fr＝1，临界流。该处水流流速v＝Q/A＝2.5m/s，所以为急流。[单选题]7.从力学角度看，弗劳德数所表示的两种力的对比关系是()。A.惯性力与黏滞力B.惯性力与重力C.重力与黏滞力D.压力与黏滞力正确答案：B参考解析：取明渠流速和微波速度之比来判别流动类型，Fr称为弗劳德数，可作为流动类型的判别数。弗劳德数的力学意义是代表水流的惯性力和重力两种作用的对比关系。[单选题]8.一平底矩形断面渠道，底宽b＝6m，当通过的流量Q＝35m3/s时，跃前水深h′＝0.5，则跃后水深为()m。A.2.48B.3.48C.4.48D.5.48正确答案：B参考解析：对于矩形断面渠道，已知跃前水深求取跃后水深的计算公式为：式中，q为单宽流量，单位为m2/s。该矩形断面渠道单宽流量计算公式为：q＝Q/b＝5.83m2/s。故可得跃后水深为：[单选题]9.若两条渠道的流量相同，断面形状、尺寸一样，糙率、底坡不一样，则这两条渠道的临界水深()。A.底坡大则临界水深小B.底坡小则临界水深大C.底坡大则临界水深大D.相等正确答案：D参考解析：以Ac、Bc分别表示水深为临界水深hc时的过水断面面积和水面宽度，可得到临界水深的计算式为：式中，等号左边已知，右边是临界水深hc的函数，可解得hc。由计算式可知，临界水深与糙率、底坡无关，与断面形状、尺寸和流量有关。[单选题]10.某一光滑壁面n＝0.010的矩形渠道，宽2.5m，底坡i＝0.01，通过流量Q＝3m3/s，渠道中某一断面的水深为0.75m。则可判定渠道底坡和该断面水流流态形式分别是()。A.陡坡，缓流B.缓坡，急流C.陡坡，临界流D.缓坡，临界流正确答案：A参考解析：矩形断面渠道临界水深计算公式为：式中，q＝Q/b为单宽流量，动能校正系数α取1.0。则该矩形渠道临界水深为：因h＞hc，故该断面水流流态形式为缓流。根据临界底坡的计算公式：而矩形断面渠道临界水深对应的湿周为：χc＝b＋2hc＝2.5＋2×0.53＝3.56m；水面宽度为：Bc＝2.5m；断面面积为：Ac＝hcb＝2.5×0.53＝1.325m2；水力半径为：R＝Ac/χc＝1.325/3.56＝0.372m；谢才系数为：则该矩形断面渠道临界底坡为：可知该矩形渠道底坡大于临界底坡，为陡坡。[单选题]11.在平坡或逆坡渠道上可能发生的水流流态是()。A.均匀流缓流B.均匀流急流C.均匀流临界流D.非均匀流急流正确答案：D参考解析：明渠均匀流产生的条件是：能量沿流程减少值等于沿程水头损失，而水流的动能保持不变。所以明渠均匀流只能出现在底坡不变，断面形状、尺寸、壁面粗糙系数均不变的正底坡（i＞0）长渠道中，而在平底坡（i＝0）、反底坡渠道、非棱柱形渠道，以及天然河道中都不能产生均匀流。[单选题]12.闸门下游矩形断面渠道中发生水跃，已知b＝6m，Q＝12.5m3/s，跃前断面流速v1＝7m/s，则跃后水深h″为______，水跃长度lj为______，水跃所消耗的能量ΔEj为______。下列选项中正确的是()。A.h″＝1.283m，lj＝7.867m，ΔEj＝1.027mB.h″＝1.581m，lj＝8.867m，ΔEj＝1.126mC.h″＝1.783m，lj＝8.867m，ΔEj＝0.927mD.h″＝1.783m，lj＝6.867m，ΔEj＝1.227m正确答案：B参考解析：由题意可知，跃前水深为：h′＝Q/vb＝12.5/（7×6）＝0.2976m。则矩形断面渠道的跃后水深为：水跃长度为：水跃所消耗的能量为：[单选题]13.a2型水面曲线是发生在______上的______的水面线，这时弗劳德数Fr沿程______。下列选项正确的是()。A.陡坡，缓流，减小B.缓坡，缓流，增大C.陡坡，缓流，增大D.陡坡，急流，减小正确答案：A参考解析：陡坡渠道中，正常水深h小于临界水深hc，由N-N线和C-C线可将流动空间分成三个区域，其中，在a区（h＞hc＞h0），水深h大于正常水深h0，也大于临界水深hc，流动是缓流。由式可得dh/ds＞0，水深沿程增加，水面线是壅水曲线，称为a2型水面线。根据连续性方程可知，水深沿程增加，则水流流速沿程减小。根据弗劳德数计算公式：可知，弗劳德数Fr沿程减小。[单选题]14.棱柱体明渠的临界底坡与下列()因素无关。A.流量大小B.渠道断面形状及尺寸C.渠道的纵坡D.渠道的糙率正确答案：C参考解析：临界底坡计算公式为：其中谢才系数与渠道的糙率有关。在断面一定的棱柱形渠道中，临界水深hc与流量有关，所以相应的Cc、χc、Bc各物理量同流量有关，临界底坡ic的大小也同流量有关。[单选题]15.一定的流量Q通过下面的四种棱柱形渠道，以下所画渠道水面线（如图1-6-2）正确的是()。图1-6-2A.图（a）和图（b）B.图（b）和图（c）C.图（c）和图（d）D.图（a）和图（d）正确答案：C参考解析：（a）图连接段画错，此时不满足a1型水面线上升的规律；（b）图的下半部画错，不满足明渠均匀流最终趋向正常水深的规律。（a）（b）图正确画法如图1-6-3所示。图1-6-3[单选题]16.下列关于断面单位能量的说法中，正确的是()。A.是单位重力液体相对于沿程某一基准面的机械能B.是单位质力液体相对于沿程某一基准面的机械能C.是单位重力液体相对于通过该断面最低点的基准面的机械能D.是单位质力液体相对于通过该断面最低点的基准面的机械能正确答案：C参考解析：明渠非均匀流是不等深、不等速流动，水深的变化同明渠的流动状态有关。设水深h，流量Q，过水断面面积A，断面动能修正系数α。以断面最低点为基准点，总水头方程为：E称为断面单位能量，是单位重力液体相对于通过该断面最低点的基准面的机械能。[单选题]17.判断不同条件下水流的流态，当时为______；当时为______；当Fr＞1时为______；当Re＝100时为______。下列选项中正确的是()。A.非均匀流，临界流，急流，层流B.均匀流，临界流，急流，紊流C.非均匀流，临界流，缓流，层流D.均匀流，临界流，急流，层流正确答案：D参考解析：本题判断依据有：①断面单位能量Es是以通过各自断面最低点的基准面计算的，其值沿程可能增加，dEs/ds＞0；可能减少，dEs/ds＜0；只有在均匀流（h、v沿程不变）中，沿程不变，dEs/ds＝0。②由断面单位能量的变化判断流动的类型：，缓流；，临界流；，急流。③无量纲数Fr称为弗劳德数，可作为流动类型的判别数：Fr＜1，缓流；Fr＞1，急流；Fr＝1，临界流。④对于圆管中的流动，临界雷诺数为：对于明渠及天然河道中的流动，临界雷诺数为：式中，R是明渠及天然河道过水断面的水力半径。当流动雷诺数小于临界雷诺数时，为层流，大于临界雷诺数时为紊流。[单选题]18.在流量与明渠渠道断面形式、尺寸一定时，水跃的跃前水深减小，则()。A.跃后水深也减小B.跃后水深增大C.跃后水深不变D.跃后水深是否变化无法确定正确答案：B参考解析：水跃方程J（h′）＝J（h″）中，J（h′）、J（h″）分别为跃前和跃后水深。跃前水深愈小，对应的跃后水深愈大；反之，跃前水深愈大，对应的跃后水深愈小。[单选题]19.已测得某河道过水断面面积为A＝524m2，水面宽度为B＝119m，流量Q＝1620m3/s，若用流态判别数Fr进行判别，则该水流的流态为()。A.Fr＝0.47，缓流B.Fr＝0.67，缓流C.Fr＝1.47，急流D.Fr＝1.67，急流正确答案：A参考解析：弗劳德数可作为流动类型的判别数：Fr＜1，缓流；Fr＞1，急流；Fr＝1，临界流。该处水流流速v＝Q/A＝1620/524＝3.09（m/s），水深h＝A/B＝4.40m，微波的相对流速为：为缓流。[单选题]20.下列矩形渠道中的水流属于急流的是()。A.B＝12m，Q＝14.4m3/s，H＝0.45mB.B＝8m，Q＝2.5m3/s，H＝0.35mC.B＝4m，Q＝1.5m3/s，H＝0.40mD.B＝2m，Q＝1.0m3/s，H＝0.4m正确答案：A参考解析：矩形断面渠道临界水深计算公式为：式中，q＝Q/b为单宽流量，动能校正系数α取1.0。A项，临界水深为：H＜hc，为急流。B项，临界水深为：H＞hc，为缓流。C项，临界水深为：H＞hc，为缓流。D项，临界水深为：H＞hc，为缓流。[单选题]21.一矩形渠道，底宽b＝10m，水深h＝3m，属于均匀流，糙率n＝0.014，底坡i＝0.001。如流动在紊流粗糙区，则谢才系数C、流量Q以及该明渠水流的流动形态分别为()。A.C＝65.04m1/2/s，Q＝103.04m3/s，急流B.C＝72.04m1/2/s，Q＝113.04m3/s，缓流C.C＝79.32m1/2/s，Q＝103.04m3/s，缓流D.C＝72.04m1/2/s，Q＝93.04m3/s，急流正确答案：C参考解析：根据曼宁（R.Manning）公式C＝R1/6/n计算谢才系数。式中，n为壁面的粗糙系数或者糙率，由实测得到。过水断面面积为：A＝bh＝10×3＝30（m2）；湿周为：χ＝2h＋b＝2×3＋10＝16m。水力半径为：R＝A/χ＝30/16＝1.875m。谢才系数为：渡槽均匀流流量计算公式为：计算得渡槽流量为：Q＝30×79.32×（1.875×0.001）1/2＝103.04m3/s。矩形断面渠道临界水深计算公式为：式中，q＝Q/b为单宽流量，动能校正系数α取1.0。由此得临界水深为：h＞hc，为缓流。[单选题]22.当明渠水深h大于临界水深hC时，则水流处于______状态，此时弗劳德数Fr______，下列选项中正确的是()。A.急流，小于1.0B.缓流，小于1.0C.缓流，大于1.0D.急流，大于1.0正确答案：B参考解析：渠道中的水深h与临界水深hc相比较，可判别明渠水流的流动类型，即：①h＞h