(整理)云南农业大学水力学期末开卷.

'精品文档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（2）液体中某点的绝对压强为100kN/m，则该点的相对压强为2kN/m，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。精品文档 精品文档（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TsTr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’’hcht(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总水头线测压管水头线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)Ki1iK精品文档 精品文档解：6、计算题：2。（1）图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为A=0.64m，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）N缓流缓流1a1Kb1N1N3b2急流i1iK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2lvHhw()(5分)4R2g计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数AR0.2m,0.220.51.01.9将参数代入上式计算，可以求解得到3v4.16m/s,QvA2.662m/s(5分)3即倒虹吸管内通过的流量为2.662m/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h2。如用手握住喷嘴，需w=0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9Ncm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的能量方程精品文档 精品文档2v2H00000.5(5分)2g求得喷嘴出口流速和流量为v22g59.9ms3Qv2A20.000314m(1.5分)s橡胶管道内的流速为Qmv30.706(1分)As3对于喷嘴建立x方向的动量方程p3A3RQ(v2xv3x)Rp3A3Q(v2v3)187.79N(6.5分)水流对喷嘴冲击力为RR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，22过流断面面积Abhmh39m(1.5分)湿周2xb21mh18.49m(1.5分)水力半径AR2.11m(1分)x11162舍齐系数CR80.90m/s(2分)n0.53通过的流量Q=AC(Ri)=144.93m/s(3分)3（4）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：(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，3q=Q/B=265/18=14.72m/sm精品文档 精品文档22q14.72h332.81mkg9.8因为收缩断面水深hc=1.1mhk为急流，下游水深ht=4.7mhk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"(181)hc＝23ghc21.114.72(181)＝3＝5.81m29.81.1"因为hcht，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=1.055.81–4.7=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b0.15m，水深h0.065m，渠底坡i0.02，均匀流时测得流量Q20L/s，试求渠道的粗糙系数n值。（10分）2、一矩形断面渠道，如图所示。已知闸前水深H14m，闸门开启高度e1m，渠道底宽b3m，闸孔垂直收缩系数0.62，闸门局部水头损失系数0.1，两段渠道的底坡分别为：i10，i20.05，渠道糙率n0.04，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）精品文档 精品文档33、某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽b18m，流量Q265m/s，坝下收缩断面处水深hc1.1m，当坝下游水深ht5m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AB，宽b5m，闸门在水深H8m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d1.0m，管道总长l50m，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，Qζ3=1.0，沿程水头损失系数λ=0.024，上下游水位差H5m，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22、降低；m/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Revd/v。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2v2gFr2单位重量液体平均动能与平均势能之比的二倍开平方，即h。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v03、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d6.0mm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。精品文档 精品文档在测压孔两端设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p1p2122p1p2hfz1z2v1v22g（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）2解：过水断面面积Abh0.150.0650.00975mb2h00.1520.0650.28m湿周A0.00975R0.0348m0.28水力半径2121A0.009753232nRi0.03480.020.0085Q0.01732、（10分）解：hce0.6210.62m由能量方程得22vcvcHhc2g2g则2g(Hhc)29.8(140.62)vc15.44m/s110.13QAcvchcbvc0.62315.4428.72m/s22Q28.72h332.11mK22gb9.83临界水深时所对应的个水力要素为：b2h322.117.22mKK111bh1132.1116K660.5cKRK()()24.46m/snnK0.047.22gK9.87.22iK220.0394CKBK24.463由于iiK，故第二段渠道为陡坡，且综合分析其水面线为b2型降水曲线，hhK,水流为急流。3、（15分）Q2653q14.72m/sm解：（1）b1822q14.72h332.81mKg9.8hc1.1mhK，ht5mhK，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。精品文档 精品文档22hcq0.614.72hc"(1831)(1831)5.81m2ghc29.81.1（2）hthc"，下游发生远离式水跃。4、（10分）22H9.88Pb51568KN解：22H8e2.67m335、（15分）解：按短管计算11c0.568L500.0240.520.21.0d1.023QcA2gH0.5681.029.854.41m/s4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。(×)精品文档 精品文档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QACRi。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—B31．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=m/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。1/26．已知谢才系数C40m/s，则沿程阻力系数=。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、。2/3310.1m;1.60.11.083m/s2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；自由出流精品文档 精品文档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，h12m，h23m，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：PxghcxAx10009.81.52129400N29.4kN（3’）垂直分力：2PzgV10009.8(21221)23806.2N23.806kN(3’)4合力：2222PPxPz29.423.837.83kN(2’)方向：与χ方向的夹角为Pz23.8060arctgarctgarctg0.809739.0(2’)Px29.4作用点距水箱底部距离：0eRsin1sin390.62m9(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：222222LVVVVLVVH12(121)5(5’)d2g2g2g2gD2g2g所以V2gH/519.62.5/53.13m/s精品文档 精品文档23QVA3.130.10.02458m/s(2’)4a1000（2）HV3.13319.4m(3’)g9.8234．（本小题10分）已知某平面流动的流函数xyy/3，（1）求出该流动的流速分量ux及uy。（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。22解：（1）uxxy(2’)yuy2xy(2’)x1uyux1（2）z()(2y2y)02xy2所以为无旋流(3’)22duxdxuydy(xy)dx(2xy)dy32x/3yxC(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’)Abh42则水力半径R1m(1’)xb2h4221/2i2/30.00012/3VR10.5m/s(2’)n0.023QVAVbh0.584m/s(2’)V0.5（2）Fr0.113(2’)gh9.82223q3(4/4)3mhc0.1020.467(g9.86．（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H6m，闸门开度e2m，闸下游水深ht3m，闸门宽度b4m，（闸门垂向收缩系数20.625，堰流的流量系数m0.34，闸孔出流的流量系数0.600.18e/H），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。精品文档 精品文档Hhte解：（1）0.600.18e/H0.600.182/60.54（1’）3Qbe2gH0.544219.6646.85m/s(4’)（2）hc2e0.62521.25m(1’)3qQ/b46.85/411.71m/s/m22hc8q1.25811.71hc(11)(11)4.15m(4’)2323ghc9.81.25由于hc4.15mht3m所以是远驱式水跃衔接(2’)需设置消能工(2’)精品文档 精品文档精品文档 精品文档精品文档'