水力学考试题与答案解析

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1、1、选择题：（每小题 2分）（1）在水力学中，单位质量力是指（ ）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。 答案：c（2）在平衡液体中，质量力与等压面（ ）a、重合；b、平行 c、相交； d、正交。答案： d（3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为a、 1 kN/m2b、 2 kN/m2c、 5 kN/m2d、 10 kN/m2答案： b（4） 水力学中的一维流动是指（）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。答案： d（5） 有压管道的管径 d 与管流

2、水力半径的比值 d /R=（）a、 8；b、 4；c、 2；d、 1 。答案： b（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a、层流区；b、紊流光滑区；c、紊流过渡粗糙区；d、紊流粗糙区 答案： c（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a、 1.54m b 、 2.0m c 、 2.45md、 3.22m答案： c（8） 在明渠中不可以发生的流动是（）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。答案： c（9）

3、在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。 答案： b（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a、缓流；b、急流；c、临界流；答案： b(11) 闸孔出流的流量 Q 与闸前水头的 H( )成正比。a、1 次方 b、2 次方 c、3/2 次方 d、1/2 次方 答案：d(12) 渗流研究的对象是()的运动规律。a、重力水；b、毛细水；c、气态水；d、薄膜水。 答案： a(13) 测量水槽中某点水流流速的仪器有a、文丘里计b、毕托管c、测压管 d、薄壁堰答案： b

4、(14) 按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺入l=1，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a、1 米，入 Q =1000；b、10 米，入 Q =100；c、1 米，入 Q =100000；d、10 米，入 q=100000。答案： d2、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。()答案：错误2) 水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。()答案：错误3) 水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。()答案：错误4) 粘滞性是液体产生水头损失的内因。()答案：正确5) 同样条件下直接水击比间接水击更不安全。()答案：正确6) 在正

5、坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。()答案：错误(7) 矩形断面水力最佳断面的宽深比B =2。()答案：正确8)断面比能沿流程总是减小的。()答案：错误(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。()答案：错误(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。 ()答案：正确3、填空题：(每小题24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

6、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hhk，弗汝德数Fr1。（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。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，

7、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h； 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，长度比尺入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：（每小题34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

8、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入的变化规律。答案：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中入仅是雷诺数Re的函数并与Re成反 比；在层流到紊流过渡区，入仅是Re的函数；在紊流光滑区入=片(Re)；过渡区入 =f2 (Re, A )；粗糙区入=

9、彳3 ( A ),紊流粗糙区又称为阻力平方区。RR _(4) 为什么舍齐公式v = CpRi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。(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

10、。(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：(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)nvo02）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）iN 缓流1Kai缓流N

11、1b-、i-V_ n3| ：急流3 KKN313 K6、计算题:（1）图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为A=0.64 m2,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Z i=0.2，Z 2=0.5，Z 3=1.0，沿程水力摩擦系数入=0.024，上下游水位差H=3m。求通过的流量Q ?（ 10分）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H = h =（九丄+ 丫 g ）兰（5分）w 4 R2 g计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数R = = 0.2m,2 g= 0.2x2 + 0.5 +1.0 = 1.9X将参数代入上式计

12、算，可以求解得到v = 4.16m/s , Q = vA = 2.662m3/s（5 分）即倒虹吸管内通过的流量为2.662m3/s。（2）从水箱接一橡胶管道及喷嘴（如图）。橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径 d=2.0cm。水头H =5.5 m。由水箱至喷嘴的水头损失hw = 0.5m。用压力表测得橡胶管 与喷嘴接头处的压强p = 4.9N/cm2。如用手握住喷嘴，需要多大的水平力R,行近流速 v0=0，取动能校正系数和动量校正系数均为1。（15分）解：以过喷嘴中心的水平面为基准面，列水箱渐变流断面 11 和喷 嘴出口断面22的能量方程（5 分）（1.5分）（1 分）v2H + 0 +

13、0 = 0 + 0 + 亠 + 0.52 g求得喷嘴出口流速和流量为v2 = ：2存 =9.9 msQ = v A = 0.000314m322/ S橡胶管道内的流速为对于喷嘴建立v = Q = 0.706m3 A/sp A - R = Bp Q （v 一 v ）3 32 x3xR=p A -pQ（v -v ） =187.79N（6.5分）3 323水流对喷嘴冲击力为Rr = -R即为手握喷嘴所需之力。（1分）（3）有一梯形渠道，底宽b =10 m，水深h = 3 m，边坡为1:1，糙率n = 0.014, 底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区，求通过的流量Q。（9分）解：计算渠道断面水力要

14、素，过流断面面积A=bh+mh2=39m2（1.5分）湿周水力半径舍齐系数通过的流量x = b + 2、；1 + m2h = 18.49 mAR = 2.11 mxC = 1R16 = 80.90m12/snQ=AC（R i）0.5 = 144.93 m3/s（1.5 分）（1 分）（2 分）（3 分）（ 12 分）（4 分）（4 分）4 分）（4）某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽B=18m，流量Q = 265m3/s，坝 下收缩断面处水深hc=1.1 m,当坝下游水深ht=4.7m时，问：1）坝下游是否发生水跃？2）如发生水跃，属于何种形式的水跃？3）是否需要修建消能工？若需要修建消能工，估算消力池深解: 1）计算临界水深hk，判断收缩断面和下游水流流态，a q 2回7E = 2.81m1 9.8q = Q/B =265/18 =14.72 m3/sm因为收缩断面水深hc =1.1 m 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hchc =c.1 + 8q 2gh 3c-1）1.1=2x （J + 8 x14.7229.8 x 1.13-1） =5.81m