2026年《水力学》期末复习计算试题及答案

2026年《水力学》期末复习计算试题及答案一、计算题1.如图所示，一圆形闸门直径D=1.2m，倾斜角度α=，闸门中心点C位于水面下(1)作用在闸门上的静水总压力的大小和方向；(2)静水总压力的作用点D的位置（即距离铰接点O的沿闸门平面的距离）。已知水的密度ρ=1000k2.某输水管路突然由直径=300mm收缩至直径=150mm。已知截面1-1处的压强=150(1)截面2-2处的平均流速；(2)截面2-2处的压强；(3)若考虑收缩断面的局部水头损失，且局部阻力系数ζ=0.37（基于收缩后流速），此时截面2-2处的压强3.水平放置的渐缩弯管，由直径=500mm渐缩至=250mm，转角θ=。入口处流速=已知水的密度ρ=4.有一矩形断面明渠，底宽b=4m，水深h=1.5(1)渠道的过水断面面积A和湿周χ；(2)水力半径R；(3)谢才系数C（采用曼宁公式计算）；(4)渠道的流量Q。5.某工厂自高位水池引水，使用一根长L=2000m、直径d=300mm的旧铸铁管。已知水池水面高程为=120m(1)管道中的流速v；(2)管道通过的流量Q。6.在一矩形断面的水平明渠中发生水跃。已知渠宽b=5m，跃前水深=(1)跃后水深；(2)水跃消耗的能量（即水头损失）；(3)水跃的长度（经验公式=6.1(7.已知某不可压缩流体流动的速度场为：==(1)试判断该流动是否连续（满足连续性方程）；(2)若流体质点在点(1,2)处，求该点的加速度分量二、答案与解析1.答案与解析：解：这是一个关于平面壁上静水总压力及其作用点的问题。已知：D=1.2m，R=D/2(1)求静水总压力的大小和方向静水总压力P的作用线垂直于闸门平面，并指向闸门。闸门形心（即圆心）处的静水压强为：=闸门面积A为：A静水总压力的大小P为：P(2)求静水总压力作用点D的位置对于倾斜平面壁，总压力作用点D沿壁面方向的坐标（自液面与壁面交点量起）由下式确定：=其中，为形心C沿壁面方向到液面的距离，为面积A对通过形心且平行于液面轴的惯性矩。首先计算：=圆形截面的惯性矩=：=代入公式计算偏心距e：e所以作用点D到液面的距离为：=题目要求的是距离铰接点O的距离。铰接点O位于闸门顶点。闸门顶点O到液面的垂直距离为=R闸门顶点O沿壁面方向到液面的距离为：=因此，作用点D距离铰接点O的距离为：=答：(1)静水总压力大小为44.31k(2)作用点距离铰接点O的距离为0.712m2.答案与解析：解：本题考察连续性方程和伯努利方程的应用。已知：=0.3m，=0.15m，面积计算：==(1)求截面2-2处的平均流速根据连续性方程Q==(2)求忽略水头损失时截面2-2处的压强以管轴线为基准面，列截面1-1和2-2的伯努利方程（忽略损失）：+由于水平放置，==+整理得：=代入数据（取ρ====(3)求考虑局部损失时截面2-2处的压强此时伯努利方程为：+其中局部水头损失=ζ+=注意单位统一，ρg=代入数据：====答：(1)=10.0(2)=103.13(3)=84.633.答案与解析：解：本题考察动量方程的应用，求解水流对弯管的作用力。建立坐标系：取水平方向为x轴，垂直方向为y轴。对弯管内的水体取控制体。已知：=0.5m，=0.25m，θ=计算参数：==由连续性方程Q=Q=利用伯努利方程求（忽略损失，水平放置=）：==动量方程：∑作用在控制体上的外力包括：两端压力,和管壁对水的作用力,。x轴方向（假设向左为正）：c其中====392703927036017.8=（管壁对水的力向左，故水流对管壁的力向右，大小为34.25kNy轴方向（假设向下为正）：−−−=（管壁对水的力向下，故水流对管壁的力向上，大小为11.76kN合力大小：F答：水流对弯管的作用力大小为36.24kN。x方向分力为34.25kN（向右），4.答案与解析：解：本题考察明渠均匀流的基本计算。已知：b=4m，h=1.5(1)求过水断面面积A和湿周χ过水断面面积A：A湿周χ（水流与固体边界接触的周长）：χ(2)求水力半径R水力半径定义为过水断面面积与湿周的比值：R(3)求谢才系数C采用曼宁公式计算：CC计算(0.857(C(4)求流量Q使用谢才公式：QQ根号内：0.857≈Q答：(1)面积A=6.0，湿周(2)水力半径R=(3)谢才系数C=(4)流量Q=5.答案与解析：解：本题考察长管或短管的水力计算，涉及沿程阻力和局部阻力。已知：L=2000m，d=0.3m，作用水头H：H根据能量方程，从水池水面到管道出口：H其中为沿程损失，为局部损失，为出口流速水头。题目指出“局部水头损失按沿程水头损失的10估算”，即=0.1出口通向大气，故出口流速水头即为动能项。总水头损失方程为：H代入达西-韦斯巴赫公式=λHH代入数值：25括号内计算：1.1所以：25=v(2)求流量QAQ即Q=答：(1)管道中的流速v=(2)管道通过的流量Q=6.答案与解析：解：本题考察水跃的水力计算。已知：b=5m，=单宽流量q：q(1)求跃后水深使用水跃方程（矩形断面）：=其中跃前弗劳德数F：F代入公式：=≈==(2)求水跃消耗的能量单位重量水体消耗的能量（水头损失）ΔEΔΔ≈Δ总功率损失N：NN(3)求水跃长度根据经验公式：=答：(1)跃后水深=3.66(2)水跃消耗的能量水头为2.0m，总功率损失为784.8(3)水跃长度=17.457.答案与解析：解：本题考察流体运动学的基本概念：连续性方程和欧拉加速度。(1)判断流动是否连续对于二维不可压缩流体，连续性微分方程为：+计算偏导数：==代入方程：4等式恒成