水力学形成性考核册及参考答案.doc

'水力学一、单项选择题（每小题3分，共计12分）1.静止液体中同一点各方向的静水压强（a）a、大小相等b、大小不等c、仅水平方向数值相等;d、铅直方向数值为最大2.在平衡液体中，质量力与等压面（d）a、重合；b、平行c、相交；d、正交。3.液体只受重力作用，则静止液体中的等压面是（b）a、任意曲面；b、水平面c、斜平面；d、旋转抛物面。4.液体中某点的绝对压强为88kN/m2，则该点的相对压强为（b）a、10kN/m2b、-10kN/m2c、12kN/m2d、-12kN/m25.过水断面是指（b）与流线平行的断面；b、与流线正交的横断面c、与流线斜交的横断面；d、与迹线正交的横断面。6、紊流粗糙区的水头损失与流速成（b）a、一次方关系；b、二次方关系；c、1.75～2.0次方关系；d、不能确定7、已知液体流动的沿程水头损失系数λ与边壁粗糙度和雷诺数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8、有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=（b）a、8b、4c、2d、19、已知突扩前后有压管道的直径之比d1/d2=1：2，则突扩前后断面的雷诺数之比为（a）a、2b、1c、0.5d、0.2510、层流断面流速分布规律符合（c）a、对数分布；b直线分布；c、抛物线分布；d、椭圆分布11.根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为（a）a、长管，短管；b、复杂管道，简单管道；c、并联管道，串联管道；12、矩形水力最佳断面的宽深比β=（b）a、1；b、2；c、3；d、413、在缓坡明渠中不可以发生的流动是（b）a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。14、长管的总水头线与测压管水头线（b）b、重合；b、相平行的直线；c、相平行呈阶梯状。15、水流在明渠中的流态为缓流时，其水深hhk，弗汝德数Fr_____1。（c）19 a、<，<；b、<，>；c、>，<；d、>，>。闸孔出流的流量与闸前水头的（d）成正比。a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方16、溢流堰的过堰流量与堰顶水头的（c）次方成正比。a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方17、底流式消能池中产生的水跃应该是(a) a、远离式水跃，b、临界水跃，c、强淹没水跃，d、淹没系数为1.05～1.1的弱淹没水跃18、对于底坎为平顶堰的闸孔，相对开度e/H＞（a）时的水流运动为堰流。a、0.65b、0.67c、0.75d、2.519、渗流研究的对象是（a）的运动规律。a、重力水；b、毛细水；c、气态水；d、薄膜水。20、按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺λL=100，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（d）a、1米，λQ=1000；b、10米，λQ=100；c、1米，λQ=；d、10米，λQ=。21、测量水槽中某点水流流速的仪器有（b）a、文丘里计b、毕托管c、测压管d、薄壁堰22、泄水建筑物下游发生远驱水跃，下游收缩断面水深hc的共轭水深hc’’____下游河道的水深ht。（c）a、<，b、=，c、>。一、填空题二、1.牛顿内摩擦定律适用的条件是层流运动和牛顿流体。2.液体中某点的相对压强值为20kN/m2，则该点的绝对压强值为118kN/m2，真空度为不存在。3.当压力体与受压面位于同一侧，则铅垂方向作用力的方向是向下。4、恒定流时流线与迹线重合。5、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。6、雷诺试验揭示了液体存在_____层流___和____紊流_两种流态，并可用临界雷诺数来判别液流的流态。7、在等直径长直管道中，液体的温度不变，当流量逐渐增大，管道内的雷诺数Re将逐渐增大。8、在水击计算中阀门关闭的时间TsTr的水击称为间接水击。9、a2型水面曲线是发生在陡坡上的急流（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）堰、闸出流都属于急变流流，它们的主要区别在于流堰上部没有受到闸门控制，水面是连续的，而闸孔出流受到闸门控制，水面是不连续的，因而过流能力不同。10．溢流堰的过堰流量与堰顶水头的___次方成正比。3/219 11．当堰顶厚度δ=5m，堰为宽顶堰的堰上水头范围是。0.5m＜H＜2m12．泄水建筑物下游发生远驱水跃，下游收缩断面水深hc的共轭水深hc’’_＞__ht。(ht为下游河道的水深，填写<、=、>符号)。13．工程中应用WES实用堰与其它实用堰型相比具有下列优点便于施工控制，节省工程量。三、判断题1.理想液体是不考虑液体粘滞性的理想化的液体。（√）2.图中矩形面板上的静水总压力作用点D与受压面的形心点C重合。（×）3.静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。（×）4、根据连续性方程，流速与过流断面面积成正比。（×）5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（×）6、只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流（×）7、均匀流与渐变流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流。（×）8、判别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数Re为2000。（√）9、层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。（×）10、根据达西公式hf=λ，层流沿程水头损失与流速平方成正比。（×）11、紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。（×）12、水泵的扬程就是指提水的高程。（×）13、同样条件下直接水击比间接水击更不安全。（√）14、在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（×）15、在流量和渠道断面形状一定的条件下，水跃的跃后水深随跃前水深的增大而增大。（×）16、断面比能沿流程总是减小的。（×）17、陡坡渠道中产生均匀流必定是急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。（√）18、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。（√）19、影响WES实用堰流量系数的两个因素是：实际水头H与设计水头Hd之比，上游堰高P与设计水头Hd之比。（√）20、底流消能消力池深度是以通过的最大流量作为设计流量的。（×）21、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。（√）22、两个液流只要在相应点的速度和加速度的大小成比例，则两个液流就是运动相似的。（√）19 23、棱柱体明渠恒定渐变流的水面曲线有12条，而地下河槽无压渗流的浸润曲线只有4条。（√）一、问答题1.液体的基本特征是什么？答：液体的基本特征是易流动、不易被压缩、均匀等向的连续介质。2.什么是液体的粘滞性？它对液体运动有什么影响？答：对于流动的液体，如果液体内部的质点之间存在相对运动，那么液体质点之间也要产生摩擦力来反抗这种相对运动的发生，我们把液体的这种特性称为粘滞性；由于粘滞性的存在，液体在运动过程中要克服粘滞助力作功而消耗能量，所以粘滞性是液体在流动过程中产生能量损失的根源。3.有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？答：这种说法是错误的，均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言，即运动要素沿流程不变，而恒定流是相对于时间而言，即运动要素不随时间而变。两者判别标准不同。4.根据尼古拉兹实验，简单叙述沿程水头损失系数λ在不同流态的变化规律。答：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比；在层流到紊流过渡区，λ仅是Re的函数；在紊流光滑区λ=f1（Re）；过渡区λ=f2（Re，△/d）；粗糙区λ=f3（△/d），紊流粗糙区又称为阻力平方区。5.总水头线、测压管水头线的关系和沿程变化的特点是什么？答案：均匀的总水头线和测压管水头线是相互平行的直线。6.简述明渠均匀流的特征。①过流断面的形状、尺寸和水深沿流程不变；②过流断面上的流速和流速分布沿流程不变，所以流速水头沿程不变；③总水头线、测压管水头线（既水面线）和渠底线三者互相平行。7.渠水流的流态有哪几种方法？答：有四种方法：（1）用弗德德数判别（2）用微波波速判别（3）用临界水深判别（4）用临界流速判别8.简述堰的分类和相应的水流运动特征。①薄壁堰流。当δ/H＜0.67时，过堰的水舌形状受堰顶厚度δ的影响，水舌下缘与堰顶呈线接触，而且堰顶常做成锐缘形，水面为单一的降落曲线；②实用堰流。当0.67＜δ/H＜2.5时，过堰水流受到堰顶的约束和顶托，水舌与堰顶呈面接触，但水面仍有单一的降落曲线；③宽顶堰流。当2.5＜δ/H＜10时，堰顶厚度对水流的顶托作用更为明显，水流在堰顶进口处出现第一次跌落后，形成与堰顶近乎平行的渐变流段，然后出现第二次跌落（下游水位较低时）。9、简述泄水建筑物下游有哪几种消能形式和它们的特点。①底流消能与衔接。底能消能多用于中、低水头及地质条件较差的泄水建筑物下游；②挑能消能与衔接。多用于高水头、下游河床地质条件好的建筑物末端的消能；③面流消能与衔接。在底部旋滚和表层主流扩散的过程中实现的10、建立渗流模型应遵循哪些原则？（1）通过渗流模型的流量必须和实际渗流的流量相等。19 （2）对同一作用面，从渗流模型得出的动水压力，应当和真实渗流动水压力相等。（3）渗流模型的阻力和实际渗流应相等，也就是说水头损失应该相等。一、作图题1.试绘制图中AB面上的静水压强分布图2.试绘制图中曲面ABC上的水平方向静水压强分布图及压力体图pgh1pg(h1+h2)pg(h1+h2+h3)pg(h1+h2)pg(R1+R2)题5–1题5-2二、计算题1.如图所示，平板在水面上作水平运动，速度为u=10cm/s，平板与下部固定底板的距离为δ=1mm，平板带动水流运动速度呈直线分布，水温为20C，试求：作用平板单位面积上的摩擦力。（12分）解:因为水流运动速度呈直线分布，则流速梯度为常数，即：du/dy=0.1/0.001=100查表1-1，温度为20℃时水的动力粘滞系数为：μ=1.002×10-3N·s/m2根据牛顿内摩擦定律，平板单位面积上的摩擦力为：τ=μ×（du/dy）=1.002×10-3×100=0.1002NCDECDE2.图示为复式比压计，各点的高度如图所示，已知油的密度为ρ油=800kg/m3，水银的密度为水的密度13.6倍，求A，B两点的压强差。（12分）解:图中等压面为C-C，D-D，E-E。计算如下：PC=PA+ρ水g×0.519 PD=PC–ρ汞g×0.2PE=PD+ρ油g×0.3PB=PE–ρ水g×0.6–ρ汞g×0.4PB=PA+ρ水g×0.5–ρ汞g×0.2+ρ油g×0.3–ρ水g×0.6–ρ汞g×0.4PA–PB=ρ水g×0.1+ρ汞g×0.6–ρ油g×0.3=1×9.8×0.1+13.6×1×9.8×0.6–0.8×9.8×0.3=78.596KN/m23.如图所示矩形挡水闸AB，已知水深h=3m，板的宽b＝2.5m，求作用在矩形平板AB上的静水总压力大小以及作用点处的水深。（12分）解:依题意作用在闸门AB上的静水总压力P应为：P=pcA=ρghcA=pg(h/2)×hb=1/2×pgh2b=1/2×1×9.8×32×2.5=110.25KN静水总压力P的作用点为：即总压力的作用点位于水面下2米处。4.图示为溢流坝上的弧型闸门。已知R=6m，弧门宽B=5m，α=60°，试求：（1）作用在弧型闸门上的静水总压力。（10分）（2）静水总压力作用点hD的位置。（4分）解：（1）计算水平分力：19 计算垂直分力：垂直分力等于压力体eabB的水重。长方形abce面积=ae×ec=4×(6-6×cos60o)=12m2扇形eoB的面积=(60/360)×π×R2=(1/6)×3.14×62=18.84m2三角形coB的面积=(1/2)×Bc×co=(1/2)×6sin60o×6cos60o=7.79m2压力体eabB的体积=（12+18.84-7.79）×5=115.25m3所以，垂直分力Fpz=ρgv=1×9.8×115.25=1129.5KN（反向向上）闸门上的静水总压力（2）Fp和水平线的夹角为β，∴β=33.90o因为曲面是圆柱面的一部分，各点压强都垂直于圆柱面，且同通过圆心O点，所以总压力Fp的作用线必通过O点，Fp的作用点距水平面的距离：hD=4+Rsinβ=4+6sin33.90o=7.3519 一、计算题1、管道直径d=10mm，通过流量Q=20cm3/s，运动粘度ν=0.0101cm2/s。问管中水流流态属层流还是紊流？若将直径改为d=30mm，水温、流量不变，问管中水流属何种流态？（8分）解：（1）∵运动粘度ν=0.0101cm2/s，而管道截面积A=πd2/4，=Q/A，则管道流动的雷诺数：∴管道水流为紊流。（2）∵管道流动的雷诺数，故可知水温、流量不变，管径扩大3倍后的雷诺数∴将直径改为d=30mm，水温、流量不变，管中水流是层流。2、图示水箱一侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5m，管嘴局部水头损失系数ζ=0.2，取动能校正系数α=1。求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。（12分）321解：（1）以管嘴出口为基准面，对水面1和管嘴出口2列能量方程，得：由h=5m，ζ=0.2，α=1得19 =9.04m/s(2)以管嘴出口为基准面，管嘴出口2和水面3列能量方程，得：由=9.04m/s，α=1得3、已知如图所示的文丘里管流量计，管的直径d1=5cm，d2=2cm，1断面与喉管断面的测压管水头差为Δh=5cm，如果文丘里管流量计流量修正系数μ=0.98，求管路中通过流量Q为多少？（不计水头损失）（12分）解：计算文丘里管常数：管路中通过的流量：4、某水平管路的直径d1=7.5cm，管内流速v1=0.70m/s，管路末端接一渐缩喷嘴通入大气（如图）。喷嘴出口直径d2=2.0cm，用压力表测得管路与喷嘴接头处压强p=49kN/m2，求水流对喷嘴的水平作用力F（取动量校正系数为1）　　　　19 x解：取管路1-1断面和管嘴2-2断面为计算断面，根据连续方程得：对喷嘴建立x方向的动量方程，β=1得：pA1–F′=βρQ(v2x–v1x)F′=pA1–βρQ(v2–v1)=49×(1/4)×3.14×0.0752-1×1×0.0031×(2.625-0.7)=0.21KN水流对喷嘴的水平作用力F与F′大小相等，方向相反。5、有一浆砌块石的矩形断面渠道，宽b=6m，当Q=14.0m3/s时，渠中均匀水深h=2m，糙率n=0.025，试求500m长渠道中的沿程水头损失。（12分）解：计算渠道断面水力要素：过流断面面积A=bh=6×2=12m2湿周χ=b+2h=6+2×2=10m水力半径根据舍齐公式，沿程水头损失：19 五、作图题（共2题，计8分）1、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。测压管水头线总水头线v0=02、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)NnNnN1nN1nN2nN2nN3nN3n(a)(b)一、计算题（共6题，计58分）1、图示用直径d=0.4m的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌溉渠道引水，河道水位为120m，灌溉渠道水位118m，虹吸管各段长度为l1=10m，l2=5m，l3=12m，虹吸管进口安装无底阀的滤网（ζ=2.5）,管道有两个60o的折角弯管（ζ=0.55）。（12分）B求：（1）通过虹吸管的流量。B（2）当虹吸管内最大允许真空值hv=7.0m时，虹吸管的最大安装高度。解：19 （1）虹吸管的出口淹没在水面以下，当不计行近流速时，可按照淹没出流公式来计算流量。先计算管道流量系数：虹吸管的流量：（2）虹吸管的最大真空发生在管道的最高位置。即B—B断面。以上游河面为基准面，对断面0—0和断面B—B建立能量方程：其中，，v=Q/A=0.35/(3.14×0.22)=2.79m/s，取α=1.0，v0≈0，代入得则：式中是断面B—B的真空值，它满足故虹吸管的最大安装高度：19 2、底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量为Q=1.5m3/s，已知渠中的水深h=0.4m，则判断该处水流的流态。（7分）解：求临界水深hk：q=Q/b=1.5/1.5m3(s·m)=1m3(s·m)用临界水深判别：hohk，所以下游水流是缓流。根据能量方程，以渠道底为基准面，对断面1–1和t–t建立能量方程。19 忽略行进水头，则=0，取，不计水头损失。求得H=1.6m.（2）判别水跃发生的位置先求收缩断面水深hc的共轭水深hc’’因为ht