水力学期末考试复习题及答案

水力学期末考试复习题及答案

1、选择题：（每小题2分）

（1）在水力学中，单位质量力是指（ c ）

a、单位面积液体受到的质量力；b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力；d、单位重量液体受到的质量力。 （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）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为b a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 （4）水力学中的一维流动是指（ d ） a、恒定流动； b、均匀流动；

c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（ b ） a、8； b、4； c、2； d、1。

（6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数?与边壁相对粗糙度和雷诺数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

（7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为c

a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m （8）在明渠中不可以发生的流动是（ c ） a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 （9）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。

（10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为b

a、 缓流； b、急流； c、临界流； （11）闸孔出流的流量Q与闸前水头的H（ d ）成正比。 a、1次方 b、2次方 c、3/2次方 d、1/2次方 （12）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。 （13）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

（14）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 =100000； d、10米，λQ =100000。

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。 （ x ） （2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （ x ） （3）水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 （ x ） （4）粘滞性是液体产生水头损失的内因。 （ T ） （5）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。 （ T ） （6）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。 （ X ） （7）矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。 （ T ） （8）断面比能沿流程总是减小的。 （ X ） （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。（ X ） （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。 ( T ) 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。

（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v m= 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

?R（ ），紊流粗糙区又称为阻力平方区。

R?（4）为什么舍齐公式 v?CRi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)

v=0 v=0 解：

测 压 管 水 头 线 总 水 头 线 （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=0.64 m2，长 l =50 m，两个 30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1=，ζ2=，ζ3=，沿程水力摩擦系数λ=，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

lv2???) H?hw?(? (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 将参数代入上式计算，可以求解得到

? v?4.16m/s , Q?vA?2.662m3/s (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 =5.5 m。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 = ?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

2v2?0.5 (5分) H?0?0?0?0?2g求得喷嘴出口流速和流量为 v2?2g?5?9.9m

s3 Q?v2A2?0.000314m 分) s橡胶管道内的流速为

v3?Q?0.706m

sA3 (1分)

对于喷嘴建立x方向的动量方程

p3A3?R???Q(v2x?v3x) R?p3A3??Q(v2?v3)?187.79N 分)

水流对喷嘴冲击力为 R???R 即为手握喷嘴所需之力。 (1分)

（3） 有一梯形渠道，底宽 b =10 m，水深 h = 3 m，边坡为 1:1，糙率 n = ，底坡i=。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 A?bh?mh2?39m2 分) 湿周 x?b?21?m2h?18.49 m 分)

A?2.11 m (1分) x1116 舍齐系数 C?R?80.90m2/s (2分)

n通过的流量 Q = AC (R i) = 144.93 m3/s (3分) 水力半径 R?（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

3

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 =14.72 m3/sm hk?3?q2214.72?3?2.81m g9.8因为收缩断面水深 hc =1.1 m ? hk 为急流，下游水深ht=4.7m ? hk 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的共轭水深hc\

hcq2hc\＝2(1?8gh3?1)

c1.114.722＝2?(1?8?9.8?1.13?1) ＝5.81m 因为 hc\ ? ht ，该水跃为远驱水跃。