西北农林科技大学 硕士研究生入学考试 水力学 复习题集及答案详解

'西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解名词解释部分粘性：液体具有易流动性，静止时不能承受切向力抵抗剪切变形，但在运动状态下，液体就具有抵抗剪切变形的能力，这就是粘性。绝对压强：以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强，以p’表示。相对压强：以当地同高程大气压强为零点起算的压强，以p表示。压缩性：由于流体只能承受压力，抵抗体积压缩变形，并在除去外力后恢复原状，因此这种性质就称为压缩性。热胀性：是指温度升高时液体体积增大，温度下降后能恢复原状的性质。等压面：液体压强相等各点所构成的曲面。等压面概念的应用应注意，它必须是相连通的同种液体。帕斯卡原理：在静止液体中任一点压强的增减，必将引起其他各点压强的等值增减。牛顿流体：一般把符合牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体；把不符合牛顿内摩擦定律的流体称为非牛顿流体。理想流体：所谓理想流体是指没有粘性的流体。浮体：漂浮在液体自由表面的物体。潜体：沉没于液体底部的物体。浮力：物体在液体中所受铅锤向上的浮托力。压力体：以曲面为底直至自由表面间铅垂液体的体积。虚压力体：液体和压力体分居曲面两侧。实压力体：液体和压力体居曲面同一侧。阿基米德原理：物体在静止液体中所受曲面总压力pz，其大小等于物体在液体中所排开的同体积液体重量。表面力：作用于隔离体表面上的力，它在隔离体表面上呈连续分布。质量力：是指作用于隔离体内每个液体质点上的力，其大小与液体的质量成正比。流线：某时刻在流场中画出的一条空间曲线，在该曲线上所有点的流速矢量与这条曲线相切。流管：在流场中取一封闭的几何曲线C，在此曲线上各点作流线则可以构成一管状流面。过水断面：垂直于流线簇所取的断面A。迹线：某液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点所连成的线。元流：过水断面无限小的流股，成为元流。水力坡度：单位长度上的水头损失。测管坡度：单位长度上的测管水头变化。控制断面：在总流中任取一流段作隔离体，其前后过水断面称为控制断面。恒定流与非恒定流：若流场中所有空间点上一切运动要素不随时间改变，这种流动称为恒定流，否则称为非恒定流。均匀流和非均匀流：各流线为平行直线的流动，称为均匀流；否则，称为非均匀流。渐变流和急变流：渐变流是指各流线接近于平行直线的流动，否则称为急变流。层流：液体质点在流动中互不发生混掺而是分层有序的流动紊流：液体质点互相混掺的无序无章的流动。 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解水力光滑管：管壁绝对粗糙度被粘性底层淹没对紊流结构基本上没有影响，粘性底层成了紊流流核的天然光滑壁面。水力粗糙管：管壁绝对粗糙度突出于粘性底层之外，伸入到紊流的流核之中，可造成液流产生漩涡加剧紊流的脉动。水力光滑区：粘性底层大于粗糙凸起高度，沿程阻力系数只与雷诺数有关而与壁面粗糙无关的区域。水力粗糙区：粗糙凸起高度高出粘性底层、沿程阻力系数只与壁面粗糙有关而与雷诺数无关的区域，水流阻力与流速平方成正比，又称阻力平方区。当量粗糙度：将工业管道和人工管道在同样试验条件下进行沿程水头损失试验，把具有同一沿程阻力系数值的人工砂粒粗糙度作为工业管道的当量粗糙度。直接水击：如关闭时间小于一个相长，那么最早发出的水击波的反射波到达阀门以前，阀门已完全关闭，这时阀门处的水击压强和瞬时关闭时相同，这种水击称为直接水击。间接水击：如阀门关闭时间TZ大于一个相长T，则开始关闭时发出的增压水击波经管路进口反射形成的减压水击波，在阀门尚未完全关闭前，已返回阀门断面，遇到阀门继续关闭所产生的增压水击波，将抵消一部分压强增量，使阀门处的水击压强小于直接水击的水击压强，这种情况的水击称为间接水击。断面比能：将每一个过流断面的参考基准面选在渠底最低点所在的水平面这一特殊位置，此时断面上单位重量液体所具有的总能量就是断面比能。临界底坡：若正常水深恰好等于该流量下的临界水深，相应的渠道底坡称为临界底坡。跌水：是明渠水流从缓流过渡到急流、水面急剧降落的局部水力现象。水跃：明渠水流从急流过渡到缓流时水面突然跃起的局部水流现象称为水跃薄壁堰：δ/H<0.67，过堰水流和堰壁只有一条边线接触，堰顶厚度对水流无影响。实用堰：0.67<δ/H<2.5，堰顶厚度大于薄壁堰，堰顶厚对水流有一定的影响，但堰上水面仍一次连续降低。宽顶堰：2.5<δ/H<10，堰顶厚对水流有显著影响，在堰坎进口水面发生降落，堰上水流接近水平流动，至堰坎出口水面二次降落与下游水流衔接。渗流：流体在孔隙介质中的流动称为渗流。渗流模型：流体和孔隙介质所占据的渗流区空间场，其边界形状和边界条件均维持不变，但略去渗流区内全部颗粒骨架，设想渗流区全部空间被流体所充满，把渗流的运动要素作为全部空间场的连续函数来研究，而渗流模型中的渗透流量、渗流阻力和渗透压力与实际渗流完全相同。流动相似：两个流动的对应时刻对应点上同名物理量具有各自的比例关系。运动相似：运动相似是指两个流动的速度场相似，即两个流动的对应时刻对应点的速度方向相同，大小成比例。水头损失：单位重量液体在流动中的能量损失。沿程阻力：液体内摩擦力，它与液体流动的路程成正比。局部阻力：局部边界条件急剧改变引起流速沿程突变所产生的惯性阻力。 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解填空题部分1、明渠均匀流实际水深大于临界水深，则水流为缓流，此渠道底坡为缓坡；明渠均匀流水深等于临界水深，则水流为临界流，此渠道底坡为临界底坡；明渠均匀流水深大于临界水深，则水流为急流，此渠道底坡为急坡。2、水力模型的重力相似准则是模型与原型的佛汝德数相同。3、两条棱柱形渠道的断面形状和尺寸、糙率均相同，但底坡i1＞i2。当通过的流量Q1＝Q2时，它们的正常水深h01hk2。4、根据管道中水击波传播时间与阀门关闭时间的对比关系，水击可分类为直接水击和间接水击。5、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。6、液体的基本特性是易于流动、不易压缩、均质等向的连续介质。7、渗流的达西公式是____v=kJ__。8、牛顿内摩擦定律适用条件是牛顿流体，层流运动。9、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。10、理想液体与实际液体的主要区别是有无粘滞性。11、泄水建筑物下游修建的消力池形式有三种，即底流式消力池、挑流式消力池和面流式消力池。12、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____________13、测量管道流量的主要仪器有文丘里流量计、涡轮流量计。14、根据管道中水流的沿程水头损失、局部水头损失及流速水头所占的比重不同，管道可分类为长管和短管。15、计算明渠均匀流的公式是QACiR。16、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。17、如图所示，两水库水位差为H，其间以两根管路连通，已知直径d1=2d2，管长l及沿程水头损失系数λ均相同，若按长管计算，则两管的流量之比为2：8。18、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。19、闸底坎为平顶坎时，闸后出流流态有：当ht＜hc″时，产生淹没式水跃；当ht＞hc 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解″时，产生远离式水跃；当ht=hc″时，产生临界式水跃。20、测量明槽流量的主要工具有_堰__、__量水槽_。21、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。22、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。2223、液体中某点的绝对压强为100kN/m，则该点的相对压强为2kN/m，真空度为不存在。24、圆管半径r1m，满管流动时的水力半径R为0.5米；如果正常水深h0=2m,则水力半径R为0.5米。25、水流在明渠中的流态为缓流时，其水深hhk，弗汝德数Fr1。26、一般情况下，给水管道中的流速不大于2.5～3.0m/s，不小于0.25m/s。27、只受重力作用，静止液体中的等压面是水平面。28、只有途泄流量管道的水头损失是相同流量的管道的水头损失的1/3。29、在水击计算中阀门关闭的时间Ts水击相长Tr的水击，称为直接水击，把TsTr的水击称为间接水击。30、a2型水面曲线是发生在陡坡坡上的缓流流（指急流或缓流）的水面线，这时弗汝德数Fr沿程减小（指增大、减小或不变）231、溢流堰的过堰流量与堰顶水头的v3/2次方成正比。32、能量方程中2g项的能量含义为：单位重量液体所具有的流速动能。33、按重力相似准则设计的溢流坝水力模型，长度比尺λL=25，当模型中某点的流速为vm=0.8m/s，则原型中对应点的流速为vp=4m/s。34、从流体内部结构来看，流体的运动形态可以分成层流与紊流。35、理想液体流动时，切应力τ=0。36、水跃函数相等的两个不同水深称为_____共轭水深____。37、若正常水深正好等于该流量下的_____临界水深______，相应的渠道底坡称为临界底坡。38、当底坡、粗糙系数和断面面积一定时，使_流量最大__的断面形状，称为水力最优断面。39、当堰顶厚度与堰上水头的比值介于0.67与2.5之间时，这种堰称为__实用堰___。40、真实渗流的流速__大于___渗流模型的流速。41、处于相对平衡的液体中，等压面与质量力正交。42、紊流中粘性底层的厚度随雷诺数的增大而减小。43、均匀流中只有沿程阻力系数。44、动能修正系数的大小取决于流速分布。45、并联管道的沿程水头损失相等。46、断面比能的沿程变化规律de/ds0，则该水流为均匀流。s47、虹吸管的最大真空值随其最高安装高程的增加而增加。48、宽顶堰上的闸孔的淹没条件为：hs/H08.049、恒定流是各空间点上的运动参数都不随___时间___变化的流动。 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解50、在流量一定，渠道断面的形状、尺寸一定时，随底坡的增大，临界水深将不变。选择题部分1、一个工程大气压相当于（B）m水柱高。A、9.8B、10C、98D、10002、液体动力粘度随液体温度的升高而（C）。A、增大B、不变C、减小D、可增大也可减小3、对WES曲线型实用堰来说，当实际水头小于设计水头时，实用堰的实际过水能力（B）设计过水能力。A、大于B、小于C、等于D、不一定4、阻力平方区的紊流的沿程阻力系数（B）A、仅与雷诺数有关B、仅与相对粗糙度有关C、与雷诺数及相对粗糙度有关D、是常数5、水的动力粘度随温度的升高而（B）A、增大B、减小C、不变D、不定6、按重力相似准则设计模型，若几何比尺为100，则流速比尺为BA、100；B、10；C、20；D、507、测量水槽中某点水流流速的仪器有BA、文丘里计B、毕托管C、测压管D、薄壁堰8、关于水流流向问题的正确说法为（D）A、水流一定是从高处往低处流B、水流一定是从压强大处向压强小处流C、水流一定是从流速大处向流速小处流D、水流一定是从机械能大处向机械能小处流9、流线和迹线一般情况下是不重合的，若两者完全重合，则水流必为（D）A、均匀流B、非均匀流C、非恒定流D、恒定流10、在同一长直等径管道中用不同的液体实验，当流速相同时，其沿程水头损失在（A）相同。A、层流区B、紊流光滑管区C、紊流过度区D、紊流粗燥区11、按是否考虑液体的粘滞性，可将液体分为（D）A、牛顿液体与非牛顿液体；B、连续液体与非连续液体；C、可压缩液体与不可压缩液体；D、理想液体与实际液体。12、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。13、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14、明渠水力最优断面，在流量Q、底坡i、粗糙系数n一定的条件下，是（B）A、缓流过渡到急流时的断面B、过水断面面积A最小的断面C、弗劳德数Fr=1的断面D、湿周χ最大的断面15、水泵的扬程是指BA、水泵提水高度B、水泵提水高度+吸水管的水头损失；C、水泵提水高度以及吸水管与压水管的水头损失。 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解16、紊流粗糙区的水头损失与流速成BA、一次方关系；B、二次方关系；C、1.75～2.0次方关系。17、在平衡液体中，质量力与等压面CA、重合B、平行C、正交18、雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲CA、急流和缓流B、均匀流和非均匀流C、层流和紊流D、恒定流和非恒定流19、可以形成均匀急流的明渠底坡是（B）A、缓坡B、陡坡C、平坡D、负坡20、地下河槽恒定渐变渗流的流速分布为（B）A、三角形直线分布B、矩形分布C、抛物形分布D、对数分布21、断面面积相同的圆形和正方形有压管道，圆形和方形管道的水力半径之为（B）A、2/B、2/C、2/D、122、图示容器中有两种液体，密度2>1，则A、B两测压管中的液面必为BA、B管高于A管；B、A管高于B管；C、AB两管同高23、紊流的断面流速分布规律符合AA、对数分布B、椭圆分布C、抛物线分布D、直线分布24、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AA、J(h1)=J(h2)B、J(h1)>J(h2)C、J(h1)pbB、pan2，则其均匀流水深h1和h2的关系为（B）A、h1>h2B、h11，则A、B两测压管中的液面必为（B）A、B管高于A管B、A管高于B管C、AB两管同高D、不能确定61、佛汝德数Fr是判别下列哪种流态的重要的无量纲数AA、急流和缓流B、均匀流和非均匀流C、层流和紊流D、恒定流和非恒定流。62、紊流中粘滞底层厚度比绝对粗糙高度大得多的壁面称为AA、光滑面B、过渡粗糙面C、粗糙面D、以上答案均不对63、在静止液体中，静水压强的方向总是（C）A、倾斜指向受压面B、平行于受压面C、垂直指向受压面D、背离受压面264、液体中某点的绝对压强为108kN/m，则该点的相对压强为（D）A、1kN/2B、2kN/22D、10kN/2mmC、8kN/mm65、矩形断面明渠水力最佳断面的宽深比β等于（B）A、1B、2C、3D、466、影响水的粘度的主要因素是(A)A、水的温度B、水的密度C、水的流速D、当地气压267、液体中某点的绝对压强为100kN/m，则该点的相对压强为（B）2222A、1kN/mB、2kN/mC、5kN/mD、10kN/m判断题部分1、理想液体就是不考虑粘滞性的实际不存在的理想化的液体。(√)2、在连续介质假设的条件小，液体中各种物理量的变化是连续的。(√)3、静止水体中,某点的真空压强为50kPa，则该点相对压强为-50kPa。(√)4、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。(√)5、水深相同的静止水面一定是等压面。(√) 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解6、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。(×)7、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。√8、陡坡上可以出现均匀的缓流。(×)9、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。(×)2lv10、公式h既适用于层流，也适用于紊流。(√)fdg211、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。(×)12、园管中层流的雷诺数必然大于3000。×13、水泵的扬程就是指水泵的提水高度。(×)14、恒定总流能量方程只适用于整个水流都是渐变流的情况。(×)15、平坡渠道中不可能发生均匀流。(√)16、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。(√)17、水跃只能发生于平底明渠中。(×)18、达西定律适用于所有的渗流。(×)19、任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。(×)20、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。(×)21、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。(√)22、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。(√)23、明槽水流的急流和缓流是用Fr判别的，当Fr＞1为急流。(√)24、紊流可以是均匀流，也可以是非均匀流。(√)25、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。(√)26、均匀缓流只能在缓坡上发生，均匀急流只能在陡坡上发生。(√)27、串联长管道各管段的水头损失可能相等，也可能不相等。(√)28、其它条件相同时，实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数。(√)29、局部水头损失系数可以用尼古拉兹的试验图来分析说明其规律。(×)30、15℃时水的动力粘度小于20℃时水的动力粘度。(×)31、5、均匀流的同一过水断面上，各点流速相等。（）32、恒定流时的流线与迹线二者重合。(√)33、有压管道的测压管水头线只能沿程降低（）R34、工业管道的沿程摩阻系数在紊流粗糙区随e增加而增加()35、同样条件下直接水击比间接水击更不安全。(√)36、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。(×)37、粘滞性是液体产生水头损失的内因。(√)38、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。(×)39、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。√ 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解40、陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。(√)41、在作用水头相同的条件下，孔口的流量系数比等直径的管嘴流量系数大。(×)42、两条明渠的断面形状、尺寸、糙率和通过的流量完全相等，但底坡不同，因此它们的正常水深不等。(√)43、在非均匀流里，按流线的弯曲程度又分为急变流与渐变流。(√)44、运动水流的测压管水头线可以沿程上升，也可以沿程下降。(√)45、明渠过水断面上流速分布不均匀是由于液体粘滞性和边壁阻力造成的。(√)46、在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。(×)47、矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。(√)48、断面比能沿流程总是减小的。(×)49、在渗流模型中，任意一微小过水断面的平均渗流流速u应比该断面实际渗流的真实断面平均流速u小。(√)50、静水压强的大小与受压面的方位无关。(√)51、缓坡上可以出现均匀的急流。(√)52、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。(√)53、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。(×)54、缓坡上只能出现非均匀流缓流。(×)55、直立平板静水总压力的作用点与平板的形心不重合。(√)56、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。×57、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。(√)58、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。(×)59、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。(×)60、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。(√)61、薄壁堰、实用堰和宽顶堰的淹没条件相同。(×)2l2l62、当T时发生的水击为直接水击，而T为间接水击。(√)ssaa63、静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。(√)64、明渠过流断面上各点的流速都是相等的。×65、渗流模型中，某断面的渗流流量比该断面实际流量小。(×)66、长管的作用水头全部消耗在沿程水头损失上。(√)67、水跃是明渠流从缓流过渡到急流的一种渐变水力现象。(×)简答题部分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？答：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 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解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。什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？答：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。简述能量方程的应用条件。答：(1)水流必须是恒定流。(2)作用于液体上的质量力只有重力。(3)在所选取的两个过水断面上，水流符合渐变流条件，而两断面间可以有急变流。(4)流量保持不变，即无液体流出或流入。(5)液体是均质的，不可压缩的。(6)液体运动的固体边界静止不动。在有流量分出和汇入的情况下，能量方程可以推广应用。压强分布图的绘制与应用要点。答：①压强分布图中各点压强方向恒垂直指向作用面，两受压面交点处的压强具有各向等值性。②压强分布图与受压面所构成的体积，即为作用于受压面上的静水总压力，其作用线通过此力图体积的重心。③由于建筑物通常都处于大气之中，作用于建筑物的有效力为相对压强，故一般只需绘制相对压强分布图。④工程应用中可绘制建筑物有关受压部分的压强分布图。恒定流是否可以同时为急变流？均匀流是否可以同时为非恒定流？答：恒定流可以为急变流。恒定流是运动要素不随时间变化的流动，急变流是流线簇彼此不平行，流线间夹角大或流线曲率大的流动，二者定义之间不存在矛盾。均匀流不可以为非恒定流。均匀流中过水断面为平面，沿程断面流速分布相同，断面流速相等，而非恒定流的这些运动要素是随时间变化的。均匀流基本方程的结论是什么？它对水头损失计算有什么意义？答：它导出了沿程水头损失与水流阻力间的关系。它表明，沿程水头损失与液体重度和水力半径成反比，与切应力及流程长度成正比。它对有压流、无压流、层流、紊流都适用，但τ0尚待确定，所以它不能用来解决沿程水头问题。明渠水流与有压管流的水力特性有何差异？答：明渠水流具有自由表面，其表面处相对压强为零，故又称无压流。明渠水流因断面尺寸，底坡，糙率的变化，都可引起过水断面，渠中水深和流速等一系列变化。有压管流的基本特征是断面形状多为圆形，整个断面上被水充满，无自主表面，管中流量变化，只会引起过水断面的压强和流速变化，有压管流一般多为若干等直径管段组成。均匀流水力特性如何？答：（1）过流断面为平面，且断面形状、尺寸沿流程不变； 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解（2）流线为平行直线，同一流线上各点流速相等，从而各断面流速分布相同，各断面平均流速相等，动能修正系数及动量修正系数对应相等；（3）动水压强规律与静压强分布规律相同。什么是水力最佳断面？什么是流量模数？答：当渠道过水断面面积A，糙率n及渠道底坡i一定时，过水能力最大的断面形状，称为水力最佳断面形状，简称水力最佳断面。河水某一断面以上流域单位面积上的来水量称为流量模数。明渠非均匀流水力现象有哪些？答：有四类：壅水曲线：水深沿程增大的水面曲线；降水曲线：水深沿程减小的水面曲线；水跌现象：底坡突降或由缓变陡折变处附近局部渠段内，水面曲线急剧下降的水力现象。水跌是一种急变流，渐变流水面曲线至此终止；水跃现象：渠中水深在局部渠段内曾突跃性增大的水力现象，在水跃区内，水深曾突跃性增大，流速沿程急剧减小，主流位于底部，表面有掺气的逆流向旋滚，能量损失大，属急变流，上游渐变流水面曲线至此终止。明渠均匀流的水力特性及产生的条件？答：水力特性：①底坡线、水面线、总水头线（水力坡度线）三线平行，即i=JP=J②过流断面面积、水深、断面平均流速及断面流速分布沿程不变。③水体的重力沿水流方向的分力等于边界对水流的摩阻力。形成条件：①必须是恒定流.②沿程总流量不变，沿程中无流量分出或汇入。③必须是长直的棱柱型渠道,糙率n不变且底坡i>0。④沿程中无闸、坝等构筑物的阻挡。简述渗流系数及其确定方法？答：渗流系数指渗流单位水力坡度上的流速，是反映土壤渗流特性的一个综合指标，它的大小取决于土壤颗粒的形状、大小，不均匀系数和水温等。渗流系数的确定方法有：经验法，室内测定法，野外测定法（或现场测定法）。何为有压管路中的水击？水击的类型有哪些？答：当有压管中的流速因某种外界原因而急剧发生变化时，将引起液体内部压强产生迅速交替升降的现象，这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其它管路元件上好像锤击一样，故称为水击。水击的类型按水击的危害大小分为直接水击和间接水击。何为断面比能？它的表达式及与液体运动的总机械能的区别是什么？答：以渠底水平面为基准面所计算的过水断面上单位重量液体所具有的总能量。 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解与液体运动的总机械能的区别是：从表达式上看比总机械能少了一个位置水头；断面比能沿水深可能增加也可能降低，而总机械能沿水深变化总是不断降低。水力最优断面含义是什么？是否在设计渠道时一定采用水力最优断面，为什么？答：水力最优断面是按流体力学原理定义的，在工程上不一定最优。因为按水力最优断面条件设计的渠道属窄深型，对于大中型渠道施工、维护困难、工程造价高，只有小型土渠或有衬砌护面的渠道采用水力最优断面。p试述液体静力学的基本方程zC及其各项的物理意义。g答：z为静止液体中任一点离开基准面的几何高度，称为位置水头，表示单位重量的液体具有的位能；P为静止液体中任一点的压强水头，表示单位重量的液体具有的压能，压能是一pz种潜在势能，正是有压强的作用才能把容重为γ的液体举高一个几何高度；称为测压管水头，也表示单位重量的液体具有的势能。该公式表示的物理意义是：①静止液体内部各点的测压管水头维持同一常数；②静止液体内部各点的势能守恒，位能与压能之间相互转化。何谓断面比能曲线？比能曲线有哪些特征？答：一、比能曲线：当流量Q，过水断面形状，尺寸一定时，断面比能Es随水深h的变化2Q关系曲线：Ehfh()s22gA二、特征：1）一条二次曲线，下端以水平轴线为渐进线，h→0，Es→∞；曲线上端与以坐标轴成45°角直线为渐近线h→∞，Es→∞；2）当h由0→∞，Es由∞→∞，其中有一最小值Esmin，相应的水深为hk；3）最小比能Esmin相应K点将曲线分成上下两支，上支Fr<1,为缓流；下支Fr>1，急流；4）临界水深hk可判断流态：（1）当h=hk临界流；（2）当h>hk缓流；（3）当h4000时，λ决定于粘性底层厚度和绝对粗糙度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：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。水力学对液体做了哪些物理模型化假设？请写出相应内容。答：（1）流体的连续介质模型假设：流体力学把流体质点作为最基本的研究单位，从而摆脱了由于分子间隙与分子的随机运动所导致的物理量不连续的问题（分子之间有间隙，但质点 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解团之间没有间隙）。采用连续介质模型，既可以摆脱分子运动的复杂性，也可以满足工程的实际要求。这样，我们在研究流体的宏观运动时，可以将之视为均匀的连续介质，其物理量是空间和时间的连续函数，可以应用连续函数的方法分析流体的平衡与运动规律。（2）理想流体假设：绝对不可以压缩，不能膨胀，没有粘性的连续介质。这样先抛开粘性分析理想液体，应用到实际液体时再进行修正。它是一种对流体物理性质的简化的力学模型。计算题部分p1、已知液体在管路中流动，压力坡度L，与下列因素有关：ρ，V，D，µ，Δ。试用因次分析方法确定变量间的函数关系式，并得出计算hf的公式pfD,,,V,解：（1）Lp22[MLT]D[L][ML3]；L；；111[MLT]；V[LT]；[L]（2）选ρ，V，D为基本的物理量（3）建立3个无因次π项a1Vb1Dc11a2Vb2Dc22pabc3V3D33L对于Π1项：[M0L0T0][ML1T1][ML3]a1[LT1]b1[L]c1对于M：0＝1+a1L：0＝－1－3a1+b1+c1T：0＝－1－b11所以a1＝－1，b1＝－1，c1＝－1VD对于Π2项：[M0L0T0][L][ML3]a2[LT1]b2[L]c2对于M：0＝a2L：0＝1－3a2+b2+c2T：0＝－b2 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解2所以a2＝0，b2＝0，c2＝－1D对于Π3项：[M0L0T0][ML2T2][ML3]a3[LT1]b3[L]c3对于M：0＝1+a3L：0＝－2－3a3+b3+c3T：0＝－2－b3pD32所以a3＝－1，b3＝－2，c3＝1LV2pD1p1V2,,,（4）所以，LVVDDReDLReDD22pL1VL1LVhf,2,LReDDReDD2g21LV2,hf令ReD，则D2g——达西公式λ——沿程阻力系数2、一水电站的引水钢管，长L700m，直径D100cm,管壁厚e1cm，7252钢管的弹性系数E.20610N/cm，水的弹性系数E.20610N/cm。03阀门关闭前管流为稳定流，Q.314m/s，若完全关闭阀门的时间为1s，0试判断管中所产生的水击是直接水击还是间接水击？并求阀门前断面处的最大水击压强。解：水击压强波在该管流中的传播速度9.20610E/1000c1015m/sDE5.2061010011eE70.2061012L2700.138s1s所以水击属于直接水击。所以：c1015Q0阀门未关闭前管中水的正常流速为:V4m/s0A于是所产生的最大水击压力为6pcV100010154.40610Pa03、平面闸门AB倾斜放置，已知α＝45°，门宽b＝1m，水深H1＝3m，H2＝2m，求闸门所受水静压力的大小及作用点。 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解1h425h°B解：闸门左侧水压力：1h131Pghb1000.98073162.41kN112sin2sin45作用点：h3"1h.1414m13sin3sin45闸门右侧水压力：1h122Pghb10008.92127.74kN222sin2sin45作用点：h2"2h.0943m23sin3sin45总压力大小：PPP62.4127.7434.67kN12对B点取矩："""PhPhPh1122D"62.41.141427.74.094334.67hD"h.179mD4、水箱中的水通过直径为d，长度为l，沿程阻力系数为λ的立管向大气中泄水，问h多大时，流量Q的计算式与h无关？解：取1－1、2－2断面列伯努利方程：22VlVhlhhff2gd2g 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解dd2ghl2ghl2ghl22VQdVdld44d1lldd所以，当h时，Q与h、l无关。5、水从封闭水箱上部直径d1=30mm的孔口流至下部，然后经d2=20mm的圆柱行管嘴排向大气中，流动恒定后，水深h1=2m，h2=3m，水箱上的压力计读数为4.9MPa，求流量Q和下水箱水面6.0，.082。上的压强p2，设为稳定流。122ddpp1112Q＝2gh111解：经过孔口的流量422dp22Q＝2gh222经过管嘴的流量4因为稳定流，所以Q1＝Q24.43410整理得：p2Pa2d2p233QQ＝2gh.31110m/s22246、油泵抽贮油池中的石油，为保证不发生漩涡及吸入空气，必须用实验方法确定最小油位h，-42已知原型设备中吸入管直径dn=250mm，νn=0.75×10m/s，Qn=140L/s，实验在1：5的模型中进行，试确定(1)模型中γm=？，Qm=？，Vm=？(2)若模型中出现漩涡的最小液柱高度hm=60mm，求hn=？分析：重力、惯性力、粘性力，特征长度为dFrFr解：Ren=Rem，nm 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解VndnVmdm)1(nmgdgdnnmm)2(22VVnm3Qn14010d1Vn.285m/sm1212d.314.025nd544gn=gm，n-42Vm＝1.27m/s，代入（1）得νm=0.068×10m/s12QVd5.2L/smmm4hn=hm•5＝300mm7、图示管路由两根不同直径的管子与一渐变连接管组成。已知dA=200mm，dB=400mm，A点相对压强pA=68.6kPa，B点相对压强pB=39.2kPa，B点的断面平均流速vB=1m/s，A、B两点高差△z=1.2m。试判断流动方向，并计算两断面间的水头损失hw。22解：dvdvAABB442dB4002∴vv()14m/sA2Bd200A假定流动方向为A→B，则根据伯努利方程22pvpvAAABBBzzhABwg2gg2g其中zzz，取0.1BAAB22ppvvABAB∴hzwg2g2268600392004112.98072.9807.256m0故假定正确。 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解。8、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d＝0.8m，长l=50m，两个30折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水头损失系数λ=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：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2lvHhw()4R2g计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数ARd4/2.0,m2.025.00.19.1将参数代入上式计算，可以求解得到3v.416m/s,QvA.2091m/s3即倒虹吸管内通过的流量为2.091m/s。9、如图（俯视图）所示，水自喷嘴射向一与其交角成60º的光滑平板。若喷嘴出口直径d=25mm，喷射流量Q=33.4L/s，，试求射流沿平板的分流流量Q1、Q2以及射流对平板的作用力F。假定水头损失可忽略不计。解：v0=v1=v234Q4334.10v68.076m/s022d.314.0025x方向的动量方程：0QvQ(v)Qvcos6011220QQQcos6012QQQ5.0Q22Q.025Q.835L/s2QQQ.075Q25.05L/s12 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解y方向的动量方程：F0Q(vsin60)0FQvsin601969.12N0310、某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽B＝18m，流量Q＝265m/s，坝下收缩断面处水深hc=1.1m，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，3q=Q/B=265/18=14.72m/sm22q14.72h33.281mkg8.9因为收缩断面水深hc=1.1m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hc2hcq"(18)1hc＝2gh3c21.114.72(18)1＝28.91.13＝5.81m"因为hc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。估算消力池深d，取水跃淹没系数j＝1.05"则池深约为d=jhc-ht=1.055.81–4.7=1.40m11、有一渐变输水管段，与水平面的倾角为45º，如图所示。已知管径d1=200mm，d2=100mm，两断面的间距l=2m。若1-1断面处的流速v1=2m/s，水银差压计读数hp=20cm，试判别流动方向，并计算两断面间的水头损失hw和压强差p1-p2。 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解22解：dvdv1122442d12002∴vv()28m/s221d1002假定流动方向为1→2，则根据伯努利方程22p11v1p22v2lsin45hwg2gg2gp1p2其中lsin45()1h126.h，取0.1pp12g22vv46412∴h126.h126.2.0.054m0wp2g2.9807故假定不正确，流动方向为2→1。p1p2由lsin45()1h126.hppg得ppg(126.hlsin45)9807(126.2.02sin45)38.58kPa12p12、如图所示，水从水箱A流入水箱B，管路长l为25m，管径d为25mm，沿程阻力系数λda为0.03，管路中有两个90弯管1及一个闸板式阀门0.5，当两水箱的水位差Hd为1.0m时，试求管内通过的流量为若干？ 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解解：以B水箱的水面为基准面，写11和22能量方程：22pvpv111222zzhhz-zH12ww122g2g2lv1hfhj进2弯阀出d2g从局部水头损失表格中可得7212d弯0.1310.163290720.1310.16321.02942,5.0.206,0.1进阀出225v有10.030.520.29422.061.00.0252gv.0758ms/23.140.0253通过管道的流量:QvA.0758.000037ms/413、一顺直河道断面如图,己知主槽及边滩的断面平均水深h=6m，h=2m，水面宽B＝15m121B＝60m粗糙系数n=0.03,n=0.04,河底坡度i=0.4‰,按均匀流计算.试计算此河212道的流量Q及流速。v解：根据题意河槽部分：ABh15690m2x1566225mRA1906.3m11111x2512121113233vRi6.3.000042.157m/sQAv90.1571413.m/s11111n.0031 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解河滩部分：ABh602120m2xB60mRA21202m222222x602212111323vRi2.000042.0794m/s22n.00423QAv120.079495.28m/s222Q236.58QQQ1413.95.28236.58v.112m/s12AA9012012314、如图所示，在河道上修筑一大坝。已知坝址河段断面近似为矩形，单宽流量qV=14m/s，上游水深h1=5m，试验求下游水深h2及水流作用在单宽坝上的水平力F。假定摩擦阻力与水头损失可忽略不计。解：由连续性方程：qBhvBhvV1122q1414Vv8.2m/s；v12Bh5h12由伯努利方程：22v1v222h0h0v2g(hh)v1221212g2g1422()2.98075(h)8.22h2h.163m2由动量方程：FFFq(vv)p1p2V211212ghghFq(vv)12V2122122Fq(vv)g(hh)V2112214122F100014()8.21000.98075(.163).1632FF285.kN15、如图所示，水箱侧壁接出一根管道，已知d=200mm，d=100mmll=50m，H=10m，1212 西北农林科技大学硕士研究生入学考试水力学复习题集及答案详解沿程阻力系数=0.01，0.3，0.2求管道中水的流量Q。AB22lvv注：hhfjd2g2g解：以0-0为基准面，列1-1与2-2断面的能量方程22222vlvlvvv22112212H00001AB22gd2gd2g2g2g12125025022210v2.001v1.001v23.0v12.0v228.92.01.02222222196v.25v5v3.0v2.0v8.2v2.6v21212122222由dvdv得：v4v11222144221968.2v2.616vv.1386m/s11123Qdv.00435m/s114'