水力學(xué)期末考試復(fù)習題及答案.doc

.水力學(xué)期末考試復(fù)習題及答案1、選擇題：（每小題2分）（1）在水力學(xué)中，單位質(zhì)量力是指（ c ） a、單位面積液體受到的質(zhì)量力；b、單位體積液體受到的質(zhì)量力； c、單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力；d、單位重量液體受到的質(zhì)量力。 （2）在平衡液體中，質(zhì)量力與等壓面（ d ） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 （3）液體中某點的絕對壓強為100kN/m2，則該點的相對壓強為ba、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 （4）水力學(xué)中的一維流動是指（ d ） a、恒定流動； b、均勻流動； c、層流運動； d、運動要素只與一個坐標有關(guān)的流動。 （5）有壓管道的管徑d與管流水力半徑的比值d /R=（ b ） a、8； b、4； c、2； d、1。 （6）已知液體流動的沿程水力摩擦系數(shù)l與邊壁相對粗糙度和雷諾數(shù)Re都有關(guān)，即可以判斷該液體流動屬于c a、層流區(qū)； b、紊流光滑區(qū)； c、紊流過渡粗糙區(qū)； d、紊流粗糙區(qū)（7）突然完全關(guān)閉管道末端的閥門，產(chǎn)生直接水擊。已知水擊波速c=1000m/s，水擊壓強水頭H = 250m，則管道中原來的流速v0為c a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m（8）在明渠中不可以發(fā)生的流動是（ c ） a、恒定均勻流； b、恒定非均勻流； c、非恒定均勻流； d、非恒定非均勻流。（9）在緩坡明渠中不可以發(fā)生的流動是（ b ）。 a、均勻緩流； b、均勻急流； c、非均勻緩流； d、非均勻急流。（10）底寬b=1.5m的矩形明渠，通過的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某處水深h = 0.4m，則該處水流的流態(tài)為ba、 緩流； b、急流； c、臨界流；（11）閘孔出流的流量Q與閘前水頭的H（ d ）成正比。 a、1次方 b、2次方 c、3/2次方 d、1/2次方（12）滲流研究的對象是（ a ）的運動規(guī)律。 a、重力水； b、毛細水； c、氣態(tài)水； d、薄膜水。（13）測量水槽中某點水流流速的儀器有b a、文丘里計 b、畢托管 c、測壓管 d、薄壁堰（14）按重力相似準則設(shè)計的水力學(xué)模型，長度比尺L=100，模型中水深為0.1米，則原型中對應(yīng)點水深為和流量比尺為da、 1米，Q =1000； b、10米，Q =100； c、1米，Q =100000； d、10米，Q =100000。 2、判斷題：（每小題2分）（1）任意受壓面上的平均壓強等于該受壓面形心處的壓強。 （ x ）（2）水流總是從壓強大的地方向壓強小的地方流動。 （ x ）（3）水力粗糙管道是表示管道的邊壁比較粗糙。 （ x ）（4）粘滯性是液體產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因。 （ T ）（5）同樣條件下直接水擊比間接水擊更不安全。 （ T ）（6）在正坡非棱柱渠道內(nèi)可以形成均勻流。 （ X ）（7）矩形斷面水力最佳斷面的寬深比=2。 （ T ）（8）斷面比能沿流程總是減小的。 （ X ）（9）在流量和渠道斷面形式一定的條件下,躍前水深越大，躍后水深也越大。（ X ）（10）滲流達西定律適用的條件是恒定均勻?qū)恿鳚B流，并且無滲透變形。 ( T )3、填空題：（每小題2 4分）（1） 牛頓內(nèi)摩擦定律適用的條件是 和 。 答案：層流運動，牛頓液體（2） 液體中某點的絕對壓強為100kN/m2，則該點的相對壓強為 _kN/m2，真空度為 。 答案：2， 不存在.（3） 只受重力作用，靜止液體中的等壓面是_。 答案：水平面。（4） 實際液體在流動時產(chǎn)生水頭損失的兩個主要原因是_，_。 答案：液體存在粘滯性和邊界的影響。（5） 水流在明渠中的流態(tài)為緩流時，其水深h_ hk，弗汝德數(shù)Fr_1。（填寫符號）答案： ， 。（6） 在流量不變的條件下，水躍的躍前水深越小，則水躍的躍后水深越_。答案：大。（7） 根據(jù)管道水頭損失計算方法的不同，管道可以分為_和_。答案：短管，長管。（8） 在水擊計算中閥門關(guān)閉的時間Ts Tr的水擊稱為_水擊。答案：直接， 間接。(9) a2型水面曲線是發(fā)生在_ 坡上的 _流（指急流或緩流）的水面線，這時弗汝德數(shù)Fr沿程 _（指增大、減小或不變）答案：陡坡， 緩流， 減小。(10) 溢流堰的過堰流量與堰頂水頭的_ 次方成正比。答案：3/2 。（11） 泄水建筑物下游發(fā)生遠驅(qū)水躍時，下游收縮斷面水深hc的共軛水深hc _ht(ht為下游河道的水深，填寫符號)答案：填寫符號 (12) 按重力相似準則設(shè)計的溢流壩水力模型，長度比尺L=25，當模型中某點的流速為v m= o.8m/s，則原型中對應(yīng)點的流速為vp=_m/s 。答案：4m/s 。 4、問答題：（每小題3 4分）（1）什么是理想液體？為什么要引入理想液體的概念？答案：理想液體是指沒有粘滯性的液體。實際液體都具有粘滯性，在液體流動時會引起能量損失，給分析液體運動帶來很大困難。為了簡化液體運動的討論，我們引入了理想液體的概念，忽略液體的粘滯性，分析其運動規(guī)律，然后再考慮粘滯性影響進行修正，可以得到實際水流的運動規(guī)律，用以解決實際工程問題。這是水力學(xué)重要的研究方法。（2）“均勻流一定是恒定流”，這種說法是否正確？為什么？答案：這種說法錯誤的。均勻是相對于空間分布而言，恒定是相對于時間而言。當流量不變通過一變直徑管道時，雖然是恒定流，但它不是均勻流。（3）簡述尼古拉茲實驗中沿程水力摩擦系數(shù)的變化規(guī)律。答案：通過尼古拉茲實驗可以發(fā)現(xiàn)：在層流中僅是雷諾數(shù)Re的函數(shù)并與Re成反比；在層流到紊流過渡區(qū)，僅是Re的函數(shù)；在紊流光滑區(qū)=f1（Re）； 過渡區(qū)=f2（Re， ）；粗糙區(qū)=f3（ ），紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。（4）為什么舍齊公式 只適用于阻力平方區(qū)？答案：舍齊公式是根據(jù)明渠均勻流的大量觀察資料總結(jié)的公式，自然界中明渠水流幾乎都處于紊流阻力平方區(qū)，因此該公式只適用于紊流阻力平方區(qū)。（5）流動相似的含義是什么？答案：流動相似包括幾何相似、運動相似和動力相似。其中幾何相似是前提，動力相似是保證，才能實現(xiàn)流動相似。（6）從力學(xué)意義上解釋明渠均勻流只能在正坡渠道中產(chǎn)生的原因。答案：均勻流的斷面平均流速水頭和壓強水頭沿程不變，但水流運動總要消耗能量，因此從能量方程來分析，只能消耗位能來克服水流阻力。所以均勻流只能產(chǎn)生在正坡渠道中。（7）分析水面曲線時，如何尋找急流和緩流的控制斷面？答案：急流的控制斷面在上游，因為外界對急流的干擾不能向上游傳播；緩流的控制斷面在下游，其原因與急流正好相反。（8）在滲流計算中達西定律與杜比公式有何區(qū)別？答案：達西定律適用于任一點的滲流流速u=kJ，其適用于恒定均勻?qū)恿鳚B流；而杜比公式是適用于恒定非均勻漸變層流滲流，同一過水斷面上各點的滲流流速都相等且等于v= kJ。5、作圖題：（1） 定性繪出圖示管道（短管）的總水頭線和測壓管水頭線。 (5分)v0=0測 壓 管 水 頭 線總 水 頭 線v0=0解：（2）定性繪出圖示棱柱形明渠內(nèi)的水面曲線，并注明曲線名稱及流態(tài)。(各渠段均充分長，各段糙率相同) (5分)解：6、計算題：（1） 圖示一跨河倒虹吸管，正方形斷面面積為 A=0.64 m2，長 l =50 m，兩個 30。折角、進口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為1=0.2，2=0.5，3=1.0，沿程水力摩擦系數(shù)=0.024，上下游水位差 H=3m。求通過的流量 Q ? （ 10分） 解： 按短管計算，取下游水面為基準面，對上下游渠道內(nèi)的計算斷面建立能量方程 (5分) 計算方形管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù) 將參數(shù)代入上式計算，可以求解得到 (5分) 即倒虹吸管內(nèi)通過的流量為2.662m3/s 。 （2） 從水箱接一橡膠管道及噴嘴(如圖)。橡膠管直徑D=7.5cm，噴嘴出口直徑d=2.0cm。水頭H =5.5 m。由水箱至噴嘴的水頭損失hw = 0.5m。用壓力表測得橡膠管與噴嘴接頭處的壓強p = 4.9N/cm2。如用手握住噴嘴，需要多大的水平力R，行近流速v0=0，取動能校正系數(shù)和動量校正系數(shù)均為1。 （15分） 解：以過噴嘴中心的水平面為基準面，列水箱漸變流斷面11和噴嘴出口斷面22的能量方程 (5分)求得噴嘴出口流速和流量為 (1.5分) 橡膠管道內(nèi)的流速為 (1分)對于噴嘴建立x方向的動量方程 N (6.5分) 水流對噴嘴沖擊力為 即為手握噴嘴所需之力。 (1分) （3） 有一梯形渠道，底寬 b =10 m，水深 h = 3 m，邊坡為 1:1，糙率 n = 0.014，底坡i=0.001。如流動在紊流粗糙區(qū) ，求通過的流量Q。 (9分)解：計算渠道斷面水力要素，過流斷面面積 m2 (1.5分) 濕周 m (1.5分) 水力半徑 m (1分) 舍齊系數(shù) (2分) 通過的流量 Q = AC (R i)0.5 = 144.93 m3/s (3分)（4）某矩形斷面渠道中筑有一溢流壩。已知渠寬B18m，流量Q265m3/s，壩下收縮斷面處水深hc=1.1m，當壩下游水深ht=4.7m時，問： ( 12分)1）壩下游是否發(fā)生水躍？ （4分）2）如發(fā)生水躍，屬于何種形式的水躍？ （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)計算臨界水深hk，判斷收縮斷面和下游水流流態(tài)， q = Q/B =265/18 =14.72 m3/sm m因為收縮斷面水深 hc =1.1 m hk 為緩流，所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。2）計算收縮斷面處水深hc的共軛水深hchc 5.81m因為 hc ht ，該水躍為遠驅(qū)水躍。3）溢流壩下游發(fā)生遠驅(qū)水躍，需要修建消力池。估算消力池深d，取水躍淹沒系數(shù) sj 1.05則池深約為 d = sj hc- ht =1.0535.81 4.7 = 1.40 m水力學(xué)模擬題2。一、選擇題（每小題1分，共5分）1、明渠均勻流可能發(fā)生在：（ ）A、平坡棱柱形渠道；B、順坡棱柱形渠道；C、逆坡棱柱形渠道；D、都有可能。2、某水庫水深為10m處的絕對壓強為：（ ）A. 10kPa；B. 98kPa；C. 147kPa；D. 196kPa。3、在圓管流中，層流的斷面流速分布符合：( ) A、均勻規(guī)律；B、直線變化規(guī)律； C、拋物線規(guī)律；D、對數(shù)曲線規(guī)律。4、圓柱形外管嘴的正常工作條件是：（ ）A. A. 4），；B. B. 4），；C. C. (34) ,；D. D. hc02 (3) ht r1 ，則 A、B 兩測壓管中的液面必為 (2)(1) B 管高于 A 管； (2) A 管高于 B 管； (3) AB 兩管同高。22、紊流的斷面流速分布規(guī)律符合 （1） ( 1 ) 對數(shù)分布 ； ( 2 ) 橢圓分布 ； ( 3 ) 拋物線分布 ； ( 4 ) 直線分布 。 23平底棱柱形明渠發(fā)生水躍，其水躍函數(shù) J (h1)與 J (h2)的關(guān)系是 （1）( 1 ) J(h1)= J(h2) ( 2 ) J(h1)J(h2) ( 3 ) J(h1) pb (2) pa pb (3) pa = pb (4) 無法確定25、層流斷面流速分布規(guī)律符合 （3）( 1 ) 對數(shù)分布 ； ( 2 ) 直線分布 ；( 3 ) 拋物線分布 ； ( 4 ) 橢圓分布 。26、佛汝德數(shù)Fr是判別下列哪種流態(tài)的重要的無量綱數(shù) （1）( 1 ) 急流和緩流 ； ( 2 ) 均勻流和非均勻流 ；( 3 ) 層流和紊流； ( 4 ) 恒定流和非恒定流。 27、紊流中粘滯底層厚度 d 比絕對粗糙高度 D 大得多的壁面稱為 （1）（1）光滑面 ( 2 ) 過渡粗糙面 （3）粗糙面 （4）以上答案均不對三、填空題(在空格中填寫正確答案)1、水力模型的重力相似準則是 模型與原型的佛汝德數(shù)相同 。 2、明渠的斷面和流量不變時，水躍的躍前水深越大，則躍后水深越 小 。3、底流式消能工的主要形式有降低護坦、修建消能坎、綜合式消能池3種形式。 4測量明槽流量的主要工具有_堰_ 、_量水槽_ 。 5、根據(jù)管道計算方法的不同，管道可分類為 長管 和 短管 。6、滲流的達西公式是_v=kJ_。7、測量管道流量的主要儀器有文丘里流量計、渦輪流量計。8、 計算明渠均勻流的公式是。9、根據(jù)管道中水擊波傳播時間與閥門關(guān)閉時間的對比關(guān)系，水擊可分類為 （1） 直接水擊 和 （2） 間接水擊 。10、底流式消力池中產(chǎn)生的水躍，要求是_微淹沒_形式的水躍消能率高且穩(wěn)定。11、按重力相似準則設(shè)計的模型中，幾何比尺為64，則流速比尺為 8 。12、牛頓內(nèi)摩擦定律適用條件是 牛頓流體 ，層流運動 13、理想液體與實際液體的主要區(qū)別是_是否存在液體的拈滯性_14、實際液體在流動時產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因是 液體的粘滯性 ，外因是 邊界條件的影響。15、水躍是水流從_急_流過渡到 緩 流的局部水力現(xiàn)象；當流量一定，躍前水深增大時，則躍后水深是 減小 。16、三種液體盛有容器中，如圖所示的四條水平面，其中為等壓面的是 BB 四、問答題 1什么是液體的可壓縮性？什么情況下需要考慮液體的可壓縮性？解：可壓縮性是：當外界的壓強發(fā)生變化時液體的體積也隨之發(fā)生改變的特性。液體可壓縮性一般情況下可以不必考慮，但是當外界壓強變化較大，如發(fā)生水擊現(xiàn)象時必須予以考慮。2有人說“均勻流一定是恒定流”，這種說法是否正確？為什么？解：這種說法是錯誤的，均勻流不一定是恒定流。因均勻流是相對于空間而言，即運動要素沿流程不變，而恒定流是相對于時間而言，即運動要素不隨時間而變。兩者判別標準不同。3什么是相對壓強和絕對壓強？ 4。寫出水力半徑R的表達式。 5、請分別敘說明渠均勻流水深和臨界水深的含義和區(qū)別。6、明渠的底坡可以分為哪些類型？7、如何用臨界水深hk與渠道內(nèi)的水深h 來判別明渠水流的流態(tài)？8、根據(jù)邊界條件的不同，水頭損失可以分為哪兩類？9、試敘述判斷明渠水流流態(tài)有哪些方法。10明渠均勻流產(chǎn)生的條件是什么？ 六、根據(jù)題目要求解答下列各題 HROABR1、圖示圓弧形閘門AB(1/4圓), A點以上的水深H1.2m，閘門寬B=4m，圓弧形閘門半徑R=1m，水面均為大氣壓強。確定圓弧形閘門AB上作用的靜水總壓力及作用方向。解：水平分力 Px=pcAx=74.48kN 鉛垂分力 Py=V=85.65kN,靜水總壓力 P2= Px2+ Py2,P=113.50kN,tana= Py/Px=1.15 a=49合力作用線通過圓弧形閘門的圓心。 2、圖示一跨河倒虹吸圓管，管徑d0.8m，長 l=50 m，兩個 30。折角、進口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為 1=0.2，2=0.5，3=1.0，沿程水頭損失系數(shù)=0.024，上下游水位差 H=3m。若上下游流速水頭忽略不計，求通過倒虹吸管的流量Q 。 解： 按短管計算，取下游水面為基準面，對上下游渠道內(nèi)的計算斷面建立能量方程 計算圓管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù) 將參數(shù)代入上式計算，可以求解得到 即倒虹吸管內(nèi)通過的流量為2.091m3/s 。 3、d1v1某水平管路直徑d1=7.5cm，末端連接一漸縮噴嘴通大氣(如題圖)，噴嘴出口直徑d2=2.0cm。用壓力表測得管路與噴嘴接頭處的壓強p=49kN/m2，管路內(nèi)流速v1=0.706m/s。求水流對噴嘴的水平作用力F (可取動量校正系數(shù)為1) 解：列噴嘴進口斷面11和噴嘴出口斷面22的連續(xù)方程：P1x2211得噴嘴流量和出口流速為： R 對于噴嘴建立x方向的動量方程 N 水流對噴嘴沖擊力:F與R, 等值反向。 4、有一矩形斷面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底寬b1.5m，槽長L120m。進口處槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z252.04m，當槽中均勻流水深h0=1.7m時，試求渡槽底坡i和通過的流量Q。 解： i=（Z1-Z2）/L =0.001 m2 m m v=C(Ri)0.51.46m/sQ= vA=3.72m3/s。5、有一矩形斷面混凝土渡槽(n=0.014)，底寬b1.5m,槽長L116.5m。進口處槽底高程Z1=52.06m，當通過設(shè)計流量Q7.65m3/s時，槽中均勻流水深h 0=1.7m，試求渡槽底坡和出口槽底高程Z 2？6、圖示水箱一側(cè)有一向上開口的短管，箱內(nèi)水位恒定，水通過管嘴向上噴射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5 m，短管的總水頭損失是短管流速水頭的0.2倍，取動能校正系數(shù)=1。求管嘴的出流速度v及此射流達到的高度z。7、求圖中矩形面板所受靜水總壓力的大小及作用點位置，已知水深H=2 m，板寬B3m。 8、圖示一跨河倒虹吸管，正方形斷面，邊長b=0.8m，長 l=50 m，兩個 30。折角、進口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為 1=0.2，2=0.5，3=1.0，沿程水頭損失系數(shù) =0.024，已知通過流量Q=2.662m3/s。若上下游的行進流速水頭忽略不計，求上下游水位差H 。 9、有一水電站引水鋼管，管道長度 L=2000 m，管中水流的流速v=2 m/s，管道水擊波波速C1172 m/s。由于管道末端閥門在2秒內(nèi)完全關(guān)閉，產(chǎn)生水擊。試判斷水擊類型；并求管中水擊壓強水頭H。 10、測定90彎管的局部水頭損失系數(shù)的試驗裝置如題圖所示。已知試驗段 AB 長10 m ，管徑d0.05m，彎管曲率半徑Rd，管段沿程水力摩擦系數(shù)0.0264，實測AB兩端測壓管水頭差h0.63cm，100秒鐘流入量水箱的水體體積為0.028m3，試求彎管局部水頭損失系數(shù)。11、有一矩形斷面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底寬b1.5m，槽長L120m。進口處槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z252.04m，當槽中均勻流水深h0=1.7m時，試求渡槽底坡i和通過的流量Q。 12、某溢流壩下收縮斷面處水深hc=1.1m，已知單寬流量q14.72m2/s，當壩下游水深ht=4.7m時，1）求對應(yīng)收縮斷面處水深hc的躍后水深hc2 2）壩下游發(fā)生何種形式的水躍？是否需要修建消能工？ 解：1)計算臨界水深hk，判斷收縮斷面和下游水流流態(tài)， m因為收縮斷面水深 hc =1.1 m hk 為緩流，所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。2）計算收縮斷面處水深hc的共軛水深hc2hc2 5.81m因為 hc2 ht ，該水躍為遠驅(qū)水躍。3）溢流壩下游發(fā)生遠驅(qū)水躍，需要修建消力池。13、 矩形斷面渠道中有一平板閘門，渠寬b3m。閘前水深H4m，閘下收縮斷面水深hc=0.8m，已知渠道流量Q=18m3/s。取動能和動量校正系數(shù)均為1。求水流作用于閘門上的作用力。14、已知如圖所示水平安裝的文丘里流量計，已測得壓強=0.5m，=-0.2m，水管的橫斷面積A1=0.002m2，A2=0.001m2, 不計水頭損失，求通過文丘里流量計的流量 Q為多少？15、管道直徑 d = 10 mm，通過流量 Q = 20 cm3/s，運動粘度n = 0.0101 cm2/s。問管中水流流態(tài)屬層流還是紊流？若將直徑改為 d = 30 mm，水溫、流量不變，問管中水流屬何種流態(tài)？ 16、有一水電站引水鋼管，管道長度 L=2000 m，管中水流的流速v=2 m/s，管道水擊波波速C1172 m/s。由于管道末端閥門在2秒內(nèi)完全關(guān)閉，產(chǎn)生水擊。試判斷水擊類型；并求管中水擊壓強水頭H。 17、某矩形斷面河道中建筑有一座WES堰型溢流壩，溢流堰寬b10m，在設(shè)計水頭Hd=2.50m時的流量系數(shù)為md=0.502，堰高P1=16m。問： （1）不考慮側(cè)收縮和淹沒影響，求通過堰型溢流的流量Q。（2）若壩下收縮斷面處水深hc=0.8m，當壩下游水深h t=3.5m時，壩下游是否發(fā)生水躍？如發(fā)生水躍，屬于何種形式的水躍？是否需要修建消能工？18、有一矩形斷面渠道底寬b1.5m，底坡i0.0004，糙率n0.014，當槽中均勻流水深h0=1.7m時，試求通過的流量Q 。19、圖示一水平放置的彎管，直徑D=0.2 m，轉(zhuǎn)角=90，11斷面管軸處的動水壓強為p1=40kN/m2，22斷面與大氣連通，管中流量為Q0.1m3/s，求水流通過彎管時對管壁