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水力学模拟题库带答案.doc

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'1.下列物理量中，有量纲的数为（）a)A．佛汝德数FrB.沿程阻力系数lb)C．渗流系数kD.堰流流量系数m2.缓坡明渠中的均匀流是（）a)A．缓流B.急流C.临界流D.可以是急流或缓流3.管流的负压区是指测压管水头线（）A在基准面以下的部分B.在下游自由水面以下的部分C．在管轴线以下的部分D.在基准面以上的部分4.有两条梯形断面渠道1和2，已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同，但底坡i1>i2，则其均匀流水深h1和h2的关系为（）A．h1>h2B.h1icK四、计算题（本大题分5小题，共52分）1．（本小题10分）如图所示，一个封闭水箱，下面有一1/4园柱曲面AB，宽为1m（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。h1h2Rp02．（本小题10分）有一长度为L的有压管道，管径d=0.1m，作用水头H=3m ，在L/2处装一测压管，已知测压管水面高于管轴1m，不计行进流速，求管道中通过的流量。1mHL/2LLxy11223．（本小题12分）如图示管路渐变段，已知管轴线与水平面夹角，渐变段长L=10m，渐变段中水体重量G=2KN，进水管直径，流速，形心点相对压强水头水柱高，出水管直径，不计水头损失，试求固定段管路所受的作用力和。4．（本小题10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；Heht（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。 答案：一、单项选择题（20分）1.C2.A3.C4.B5.C6.D7.B8.C9.A10.D二、填空题（16分）1.2750m3/s2.–2.5m3.0.32m4.自由出流5.矩形/或均匀分布6．0.007847.恒定流8.0.25m三、作图题i1=ici2ic一、计算题1．（10分）画出水平方向压强分布图（1分）；画出垂直方向压力体图（1分）；水平方向静水总压力：（2分）垂直方向静水总压力：（2分）总静水总压力：（1分）与水平方向的夹角：（1分） 距底部B点的垂直距离：（2分）2．（10分）以管道轴线为基准面，列测压管断面和处口断面的能量方程：得（4分）列水箱和出口断面能量方程得，（）所以V=（5分）（1分）3．（12分），（1分）以过1-1断面中心的水平面为基准面，写出1-1和2-2断面能量方程：取（3分），得水柱，即（2分）而，取1-1和2-2断面间水体为脱离体，假设管壁对水体的作用力为和，（水流方向为x轴，与水流方向垂直为y轴）x方向大的动量方程：取（3分）y方向的动量方程：（2分）水流对管壁的作用力与和大小相等，方向相反。（1分）4．(10分)（1）由于e/H=2.5/8=0.3125<0.65，所以为闸孔出流（1分）假定为自由出流（1分）（2分）由于，所以闸孔为自由出流，假设正确。（2分）（2）（1分）由于，所以出闸水流为急流，又，所以下游河道为缓流（1分）则下游水流衔接形式为远驱式水跃（1分）要设消能工。（1分） 一、单项选择题（填写唯一正确答案的编号）（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1．液体动力粘滞系数μ的单位是（）A.m2/sB.（N.s）/m2C.N/m2D.Pa/s2．流线与等势线的关系为（）A.平行B.斜交C.正交D.不确定3．在下列底坡渠道中，不可能发生明渠均匀流的底坡为（）A.平坡B.缓坡C.陡坡D.临界坡4．两种矩形断面渠道，其过水面积A，糙率n，底坡i均相等，但是底宽b及水深h不同，渠道一b1×h1=4m×1m，渠道二b2×h2=2m×2m，比较渠道中通过的流量相对大小为（）A.Q1>Q2B.Q1=Q2C.Q1n2，在通过相等流量时，其均匀流水深（即正常水深）的相对大小为h1h2。4．管道中的水击过程可分为个阶段。5．处于相对平衡的液体中，等压面与力正交。6．如图所示，B点的相对压强pB=KN/m2。（γ水银=13.6γ水） （题6图）（题7图）7．图示长管中，A点的相对压强pA=米水柱。8．尼古拉兹试验表明，当管道的尺寸及粗糙度一定时，随着流量的加大，紊流区的变化为。9．水力坡度是单位长度流程上的。10．层流时，沿程水头损失hf与断面平均流速的次方成正比。一、简答题（本大题共5小题，每小题4分,共20分）1．什么是绝对压强，什么是相对压强？2．均匀流具有的特征是什么？3．流线为什么不能相交？4．圆管层流和紊流粗糙区时的沿程水头损失分别与速度的一次方和二次方成正比，而两种流态下都能应用达西公式计算沿程水头损失，它们是否矛盾？为什么？5．渗透系数k值的确定有哪几种方法？二、计算题1．图示一密闭容器，两侧各装一测压管，右管上端封闭，其中水面高出容器水面3m，管内液面压强p0=7.8N/cm2，左支管与大气相通，求左侧管内水面距容器液面的高度h=？ 2．为将水库中水引至堤外灌溉，安装了一根直径d=1.5m的虹吸管，当不计水头损失时，求虹吸管顶部s处的压强。3．水密封容器，液面上气体的相对压强p0=0.5个大气压，在容器底部接一段管路，管长L=4m，与水平面夹角为30°，管径d=50mm，若管路进口断面到液面的水头H=5m，水流的总水头损失hw=2.3v2/(2g)，求流量Q（容器内水面保持不变，容器内水流速度近似为零）。4．已知一射流在平面上以速度v冲击一斜置平板，平板和射流的夹角，如不考虑水头损失即v=v1=v2且取动量系数为1，试证明两分流的流量比。（注，不考虑水流和平板的摩擦力）水力学试题（B）答案一、单项选择题1．B2．C3．A4．B5．D6．A7．A8．C9．A10．D 一、填空题1．零2．43．>4．四5．质量力6．9.87．28．光滑区、过渡粗糙区、粗糙区9．沿程水头损失10．一二、简答题1．绝对压强是以绝对真空为基准的压强，相对压强是以当地大气压强为基准的压强。2．①过水断面为平面，过水断面形状、尺寸沿程不变；②同一流线上的流速相等，流速分布相同，平均流速相同；③动水压强按静水压强分布。3．因流线上任一点的切线方向代表该点的流速方向，如果流线相交，在交点出就会出现两个切线方向，而同一时刻同一点流体质点不可能同时向两个方向运动。4．不矛盾。层流时，和成反比，即：，则，即∝。而紊流粗糙区，则，即∝5．经验法，室内测定法，野外测定法。1．解：设容器内水面延长线交左、右测压管于A、B点，则由连通器原理（N/cm2）三、计算题 .,,而（N/cm2）则cm0.96m（答：左侧管内水面距容器液面的高度为0.96m。）2．解：当不计水头损失时，管中的流速m/s对水面和S点列能量方程得：kN/m2或水面S点和出口断面列能量方程：mh2okN/m2`3．解：以出口断面中心为基准对水面和出口断面列能量方程：取m/sm3/s=16.6l/s取m/sm3/s=16.6l/s4．解：由连续性方程：x方向列动量方程： 扬州大1.下列物理量中，单位有可能为m2/s的系数为（）A.运动粘滞系数B.动力粘滞系数C.体积弹性系数D.体积压缩系数2.临界坡明渠中的均匀流是（）A.缓流B.急流C.临界流D.可以是急流或缓流3.下列情况中，总水头线与测压管水头线重合的是（）A.实际液体B.理想液体C.长管D.短管4.有两条梯形断面渠道1和2，已知其流量、边坡系数和底坡相同，糙率n1>n2，则其均匀流水深h1和h2的关系为（）A．h1>h2B.h1Q2，则其均匀流水深h1和h2的关系为（）A．h1>h2B．h1n2，则其均匀流水深h1和h2的关系为（）A．h1>h2B．h1符号）答案：>，<。（3）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。（4）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。（5）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。4、问答题：（每小题3～4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λ的变化规律。答案：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，）；粗糙区λ=f3（），紊流粗糙区又称为阻力平方区。 （4）为什么舍齐公式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。（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)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) 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(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/smm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一、选择题（每小题1分，共5分）1、明渠均匀流可能发生在：（B）A、平坡棱柱形渠道；B、顺坡棱柱形渠道；C、逆坡棱柱形渠道；D、都有可能。2、某水库水深为10m处的绝对压强为：（D）A.10kPa；B.98kPa；C.147kPa；D.196kPa。3、在圆管流中，层流的断面流速分布符合：(C)A、均匀规律；B、直线变化规律；C、抛物线规律；D、对数曲线规律。5、粘性液体总水头线沿程的变化是：（A）A.   沿程下降；B.   沿程上升；C.  保持不变；D.  前三种情况都有可能。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2，其水力半径等于__水深__的一半。2、水的运动粘滞系数随温度的升高而_降低_，它的单位是。3、紊流时粘性底层厚度随雷诺数的增加而减少。 4、明渠均匀流的水深和断面平均速度等物理量沿程不变。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，正常水深将减少，临界水深将不变。6、由于薄壁堰具有稳定的流量和水头关系，一般多用于实验室及小河渠的流量测量。]一、是非题（正确的划“√”，错误的划“×”）1、不同液体的粘滞性并不相同，同种液体的粘滞性是个常数。（×）2、曲面壁上静水总压力的竖直分力等于压力体的液体重量。（√）3、在非均匀流里，按流线的弯曲程度又分为急变流与渐变流。（√）4、运动水流的测压管水头线可以沿程上升，也可以沿程下降。（√）5、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。（√）6、长管的作用水头全部消耗在沿程水头损失上。（√）7、水跃是明渠流从缓流过渡到急流的一种渐变水力现象。（×）8、薄壁堰、实用堰和宽顶堰的淹没条件相同。（×）9、当时发生的水击为直接水击，而为间接水击。（√）10、渗流模型中，某断面的渗流流量比该断面实际流量小。（×）二、选择题（填写唯一正确答案的编号）（本大题分10小题，每小题2分，共20分）1、在流体力学中，单位质量力是指作用在单位（C）液体上的质量力。A面积B体积C质量D重量2、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3、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4、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5、下列各组物理量中，属于同一量纲的是（D）A长度、宽度、动力粘度B长度、密度运动粘度C密度、重量、速度D水深、管径、测压管水头6、从作用力角度分析，在下列渠道中能产生均匀流的渠道为（B）A平坡渠道B正坡渠道C逆坡渠道D非棱柱形正坡渠道7、矩形断面渠道最小断面比能Esmin与相应的临界水深hk之比Esmin/hk=（B）A2.0B1.5C1.0D0.58、一堰顶厚度δ=5m，堰前水头H=1.8m，则此堰属于（C）。A薄壁堰B实用堰C宽顶堰D三角堰9、水击得相长计算式为（B）。ABCD10、液流为恒定均匀流时，必有（A）为零。A时变加速度B位变加速度C水力坡度D测压管坡度'

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