云南农业大学水力学期末开卷.doc

'水力学模拟试题及答案（一）2、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β=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2～4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h____hk，弗汝德数Fr_____1。（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。13 （1）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，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hc’’________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λL=25，当模型中某点的流速为vm=o.8m/s，则原型中对应点的流速为vp=________m/s。答案：4m/s。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)v0=0测压管水头线总水头线v0=0解：（2）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)13 解：6、计算题：（1）图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为A=0.64m2，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，沿程水力摩擦系数λ=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(5分)计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数将参数代入上式计算，可以求解得到(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=5.5m。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1—1和喷嘴出口断面2—2的能量方程13 (5分)求得喷嘴出口流速和流量为(1.5分)橡胶管道内的流速为(1分)对于喷嘴建立x方向的动量方程N(6.5分)水流对喷嘴冲击力为即为手握喷嘴所需之力。(1分)（3）有一梯形渠道，底宽b=10m，水深h=3m，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素，过流断面面积m2(1.5分)湿周m(1.5分)水力半径m(1分)舍齐系数(2分)通过的流量Q=AC(Ri)0.5=144.93m3/s(3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=1.1m，当坝下游水深ht=4.7m时，问：(12分)1）坝下游是否发生水跃？（4分）2）如发生水跃，属于何种形式的水跃？（4分）3)是否需要修建消能工？若需要修建消能工，估算消力池深。（4分）解：1)计算临界水深hk，判断收缩断面和下游水流流态，q=Q/B=265/18=14.72m3/sm13 m因为收缩断面水深hc=1.1mhk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hc"hc"＝＝＝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sj＝1.05则池深约为d=sjhc"-ht=1.0535.81–4.7=1.40m水力学模拟题2二、填空题（每空2分，共12分）1、水力最优矩形断面的宽深比是，其水力半径等于的一半。2、水的运动粘滞系数随温度的升高而__，它的单位是。3、紊流时粘性底层厚度随雷诺数的增加而。4、明渠均匀流的和等物理量沿程不变。5、在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深将，临界水深将。6、由于薄壁堰具有稳定的和关系，一般多用于实验室及小河渠的测量。三、简答题（每小题5分，共18分）１、试分别说明雷诺数Re，佛汝德数Fr的物理意义及其在水力学中的主要用途？（5分） 2、什么是水击？减小水击压强的措施有那些？（5分） 3、“恒定流与非恒定流”，“均匀流与非均匀流”，“渐变流与急变流”是如何定义的？ （8分）五、计算题（共65分）1、某有机玻璃矩形断面明渠，底宽，水深，渠底坡，均匀流时测得流量，试求渠道的粗糙系数值。（10分） 2、一矩形断面渠道，如图所示。已知闸前水深，闸门开启高度，渠道底宽，闸孔垂直收缩系数，闸门局部水头损失系数，两段渠道的底坡分别为：，，渠道糙率，不计闸前行进流速，试判别第二段渠道中的水流为缓流或急流？并定性绘出两段渠道中的水面曲线（两段渠道均充分长）。（提示：能量方程求出流量，在求出临界水深以及临界底坡）（15分）13 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3、某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽，流量，坝下收缩断面处水深，当坝下游水深时，试（1）判别收缩断面处和坝下游的流态？（2）下游是否需要修建消能工？（15分）  4、如图所示为一平面闸门，宽，闸门在水深下工作。求闸门所受静水总压力的大小和作用点。（10分） 5、图示一跨河倒虹吸管，管道直径，管道总长，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，求通过的流量?绘制管道的总水头线和测压管水头线（15分） 水力学答案 一、选择题（每小题1分，共5分）1.B2.D3.C4.B5.A 二、填空题（每空2分，共12分）1、2；水深2、降低；m2/s3、减小4、水深和断面平均速度5、减小；不变6、流量和水头；流量 三、简答题（每小题5分，共18分）１、答：（1）雷诺数Re的物理意义：它表征液流惯性力与粘滞力的对比关系，即。在水力学中主要用它来判别液流的型态是层流还是紊流。佛汝德数Fr的物理意义：它表征液流惯性力与重力两种作用力的对比关系。其能量意义是表示过水断面单位重量液体平均动能与平均势能之比的二倍开平方，即。在水力学中主要用它判别水流的流态是缓流、临界流或急流。2、答：压力管道中，由于管中流速突然变化，引起管中压强急剧增高（或降低），从而使管道断面上发生压强交替升降的现象，称为水击。工程上常常采取以下措施来减小水击压强：（一）延长阀门（或导叶）的启闭时间T（二）缩短压力水管的长度（三）修建调压室（四）减小压力管道中的水流流速v0 3、答：（1）沿程水头损失实测装置①设备从水位恒定的水塔引出管道，与需要测量水头损失的新钢管相联，为了便于操作和计算，该管水平放置，两端各开一个测压孔，测压孔直径左右的测压管，用橡皮管与压差计相连接。测压孔间距L视采用压差计类型和测量精度而定，做到读数准确，误差在5％以内。13 在测压孔两端设A、B两个闸阀，控制流量与排气。闸阀距测压孔距离应大于（6～10）d，（d为新钢管直径），避免闸阀后旋涡水流对测压管测流的影响。在管道出口采用重量法或体积法测量流量。也可在管路上装流量计测量流量。②工作原理水塔水位恒定，当闸门开度一定时，管中通过的流量一定，测出流量。管道直径保持不变，经过管道的水流为有压均匀流，水力坡度与测压管坡度相等，由压差计测出压差经简单换算即得长度为L的管道的沿程水头损失，即（2）沿程阻力系数在紊流光滑区的变化规律大量实验证明，在紊流光滑区，沿程阻力系数只与雷诺数Re有关，与绝对粗糙度无关。 五、计算题（共65分）1.（10分）解：过水断面面积湿周水力半径 2、（10分）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　解：由能量方程得则临界水深时所对应的个水力要素为：由于，故第二段渠道为陡坡，且综合分析其水面线为型降水曲线，,水流为急流。 3、（15分）解：（1），收缩断面处为急流，下游水流为缓流，所以溢流坝下游必定发生水跃。13 （2），下游发生远离式水跃。  4、（10分） 解：5、（15分）解：按短管计算水力学练习题及参考答案一、是非题(正确的划“√”，错误的划“×)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、图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点O重合。(×)3、园管中层流的雷诺数必然大于3000。　　(×)4、明槽水流的急流和缓流是用Fr判别的，当Fr＞1为急流。(√)5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（×）6、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。（×）6、达西定律适用于所有的渗流。（×）7、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。（√）8、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。(√)9、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。(√)10、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。（×）11、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。(√)12、陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。(√)13、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。(×)14、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。(√)15、直立平板静水总压力的作用点与平板的形心不重合。（√）16、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。(×)17、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。(√)18、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。(×)19、静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。（√）20、明渠过流断面上各点的流速都是相等的。(×)21、缓坡上可以出现均匀的急流。(√)22、静止水体中,某点的真空压强为50kPa，则该点相对压强为-50kPa。(√)24、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。(√)25、水深相同的静止水面一定是等压面。(√)26、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。（×）27、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。(√)28、陡坡上可以出现均匀的缓流。(×)13 29、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。(√)30、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。(×)31、缓坡上只能出现非均匀流缓流。（×）32、静水压强的大小与受压面的方位无关。(√)33、水泵的扬程就是指水泵的提水高度。(×)34、恒定总流能量方程只适用于整个水流都是渐变流的情况。（×）35、平坡渠道中不可能发生均匀流。(√)36、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。（√）37、水跃只能发生于平底明渠中。(×)三、填空题(在空格中填写正确答案)1、水力模型的重力相似准则是模型与原型的佛汝德数相同。2、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。3、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。4．测量明槽流量的主要工具有_堰__、__量水槽_。5、根据管道计算方法的不同，管道可分类为长管和短管。6、渗流的达西公式是____v=kJ__。7、测量管道流量的主要仪器有文丘里流量计、涡轮流量计。8、计算明渠均匀流的公式是。9、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（1）直接水击和（2）间接水击。10、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。11、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。12、牛顿内摩擦定律适用条件是牛顿流体，层流运动13、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____________14、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。15、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。16、三种液体盛有容器中，如图所示的四条水平面，其中为等压面的是B—B1．有一管径d=0.4m的管道，其糙率n=0.025，则水力半径为m，其流量模数K=m3/s。2．静水压强的特性为、3．有一溢流堰，堰顶厚度为10m，堰上水头为2m，则该堰流属于；堰上总水头H0=2m,下游水位超过堰顶的高度hs=1.4m，此时堰流为出流。4．理想液体与实际液体最主要的区别在于。5．渗流达西公式的适用条件为，渗流杜比公式与渗流达西公式的区别在于。6．已知谢才系数，则沿程阻力系数l=。7．当液流为流时，流线与迹线重合。8．正坡明渠渐变水流的水面曲线共条，而正坡地下河槽中渐变渗流的浸润曲线共条。9．描述液体运动的两种方法分别为、。10.1m;2静水压强的方向垂直指向作用面；同一点不同方向上的静水压强大小相等3宽顶堰；自由出流4理想液体不考虑液体的黏滞性5层流均匀渗流；达西公式适用于均匀渗流而杜比公式适用与非均匀渐变渗流13 60.0497恒定流88；29拉格朗日法、欧拉法1．（本小题12分）如图所示，一个封闭水箱，下面有一1/4园柱曲面AB，宽为2m（垂直于纸面方向），半径R=1m，，，计算曲面AB所受静水总压力的大小、方向和作用点。解：水平分力：（3’）垂直分力：(3’)合力：(2’)方向：与χ方向的夹角为(2’)作用点距水箱底部距离：(2’)2．（本小题10分）有一长度L=10m的有压管道，管径d=0.1m，作用水头H=2.5m，沿程阻力系数λ=0.02，不计行进流速，管道进口及阀门的局部阻力系数分别为ζ1=0.5、ζ2=1.5。求：（1）阀门全开时管道中通过的流量。（2）阀门由全开突然关闭时管道中的水击压强水头。（水击波波速为1000m/s）解：（1）列水箱断面和出口断面的能量方程（出口断面中心所在平面为基准面），得：(5’)所以13 (2’)（2）(3’)4．（本小题10分）已知某平面流动的流函数，（1）求出该流动的流速分量及。（2）判别是无旋流还是有旋流？若为无旋流，确定其速度势函数。解：（1）(2’)(2’)（2）所以为无旋流(3’)(3’)5．（本小题10分）已知一矩形渠道糙率n=0.02，底坡i=0.0001，底宽b=4m，在发生均匀流时，过水断面形状满足水力最优（佳）断面。求：（1）均匀流时渠道通过的流量；（2）均匀流时佛汝德数及临界水深解：（1）水力最优断面时，水深h=2m(1’)则水力半径(1’)(2’)(2’)（2）(2’)(6．（本小题14分）在矩形断面河道上，有一单孔的与渠道等宽的泄水闸，已知闸前水深，闸门开度，闸下游水深，闸门宽度，（闸门垂向收缩系数，堰流的流量系数，闸孔出流的流量系数），不计行进流速，试求：（1）通过水闸的流量（自由出流）；（2）判断闸下游的水流衔接形式，并判断闸下是否要建消能工。13 解：（1）（1’）(4’)（2）(1’)(4’)由于所以是远驱式水跃衔接(2’)需设置消能工(2’)13 13'