水力學(xué)模擬精彩試題及問題詳解

1、水力學(xué)模擬試題及答案（一）1選擇題：（每小題2分）（1）在水力學(xué)中，單位質(zhì)量力是指（）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。答案：c（2）在平衡液體中，質(zhì)量力與等壓面（）a 、重合；b 、平行 c 、相交；d 、正交。答案：d（3）液體中某點(diǎn)的絕對壓強(qiáng)為100kN/m，則該點(diǎn)的相對壓強(qiáng)為a、1 kN/m2 b 、2 kN/m2 c 、5 kN/m2 d 、10 kN/m2 答案：b（4）水力學(xué)中的一維流動是指（）a 、恒定流動；b、均勻流動；c 、層流運(yùn)動；d、運(yùn)動要素只與一個坐標(biāo)有關(guān)的流動。答案：d（5）

2、有壓管道的管徑d與管流水力半徑的比值d / R=（）a 、8； b 、4； c 、2； d 、1。 答案：b（6）已知液體流動的沿程水力摩擦系數(shù)，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)答案：c（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(qiáng)水頭H =250m,貝U管道中原來的流速V。為a 、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d 、3.22m答案：c（8） 在明渠中不可以發(fā)生的流動是（）a 、恒定均勻流；b 、恒定非均勻流；c 、非恒定均勻流；d、非恒定

3、非均勻流。答案：c（9）在緩坡明渠中不可以發(fā)生的流動是（）。a 、均勻緩流；b、均勻急流；c、非均勻緩流；d、非均勻急流。答案：b（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a、緩流；b、急流；c、臨界流；答案：b（11）閘孔出流的流量Q與閘前水頭的H（）成正比。a 、1次方 b 、2次方 c 、3/2次方 d 、1/2次方 答案：d（12）滲流研究的對象是（）的運(yùn)動規(guī)律。a 、重力水；b、毛細(xì)水；c、氣態(tài)水；d、薄膜水。答案：a(13) 測量水槽中某點(diǎn)水流流速的儀器有、測壓管d 、薄壁堰長度比尺入L=100,模型

4、中水深為0.1米，則原型中對入 Q=100；q =100000oa 、文丘里計(jì) b 、畢托管c答案：b(14) 按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的水力學(xué)模型， 應(yīng)點(diǎn)水深為和流量比尺為a、c、1 米，入 q=100000; d、10 米，入 答案：d2、判斷題：(每小題2分)(1)1 米，入 Q=1000 ;b、10 米，任意受壓面上的平均壓強(qiáng)等于該受壓面形心處的壓強(qiáng)。 答案：錯誤水流總是從壓強(qiáng)大的地方向壓強(qiáng)小的地方流動。 答案：錯誤(3)水力粗糙管道是表示管道的邊壁比較粗糙。答案：錯誤 粘滯性是液體產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因。答案：正確(5)同樣條件下直接水擊比間接水擊更不安全。答案：正確(6)在正坡非棱柱渠道內(nèi)可

5、以形成均勻流。答案：錯誤矩形斷面水力最佳斷面的寬深比B =2。答案：正確(8)斷面比能沿流程總是減小的。答案：錯誤(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 答案：錯誤4分)牛頓內(nèi)摩擦定律適用的條件是 層流運(yùn)動和牛頓液體。液體中某點(diǎn)的絕對壓強(qiáng)為 100kN/m ，則該點(diǎn) _2一kN/rni，真空度為不存在.。只受重力作用，靜止液體中的等壓面是水平面 實(shí)際液體在流動時產(chǎn)生水頭損失的兩個主要原因是 水流在明渠中的流態(tài)為緩流時，其水深 h 一一(填寫：:：、二、符號)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(10) 滲流達(dá)西定律適用的條件是恒定均勻?qū)恿鳚B流

6、，并且無滲透變形。 答案：正確3、填空題：(每小題2層流運(yùn)動和牛頓液體(1)(3)(4)(5)相對壓強(qiáng)為一邊界的影響(2)O液體存在粘滯性，大。hk，弗汝德數(shù) Fr1。(7) 根據(jù)管道水頭損失計(jì)算方法的不同，管道可以分為 短管和長管(8) 在水擊計(jì)算中閥門關(guān)閉的時間 Ts ：水擊相長Tr的水擊，稱為直接水擊，把Ts Tr的水擊稱 為間接冰擊。(9) a2型水面曲線是發(fā)生在陡坡_坡上的一緩流流(指急流或緩流)的水面線，這時弗汝德數(shù) Fr沿程減小_(指增大、減小或不變)(10) 溢流堰的過堰流量與堰頂水頭的_3/2 _次方成正比。(11) 泄水建筑物下游發(fā)生遠(yuǎn)驅(qū)水躍時，下游收縮斷面水深he的共軛水

7、深he ht(ht為下游河道的水深，填寫c、=、：符號)答案：填寫：、=、符號(12) 按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的溢流壩水力模型，長度比尺入l=25，當(dāng)模型中某點(diǎn)的流速為 v m=o.8m/s，則原型中對應(yīng)點(diǎn)的流速為 Vp=_4_m/s。4、問答題：(每小題34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(shí)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(yùn)動帶來很大困難。為了簡 化液體運(yùn)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(yùn)動規(guī)律，然后再考慮 粘滯性影響進(jìn)行修正，可以得到實(shí)際水流的運(yùn)動規(guī)律，用以解決實(shí)際工程問題。這是水

8、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(dāng)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(shí)驗(yàn)中沿程水力摩擦系數(shù)入的變化規(guī)律。答案：通過尼古拉茲實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：在層流中入僅是雷諾數(shù)Re的函數(shù)并與Re成反比；在層流到紊流過渡區(qū)，入僅是 Re的函數(shù)；在紊流光滑區(qū)入=f 1 (Re);過渡區(qū)入=f2 (Re，);粗糙區(qū)入=f3 (丄)，紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。RR一(4) 為什么舍齊公式v =Ri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

9、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(yùn)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(shí)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(qiáng)水頭沿程不變，但水流運(yùn)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?yàn)橥饨鐚绷鞯母蓴_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

10、相反。(8) 在滲流計(jì)算中達(dá)西定律與杜比公式有何區(qū)別？答案：達(dá)西定律適用于任一點(diǎn)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?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的滲流流速都相等且等于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。v= kJ。（5 分）（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) 段糙率相同）（5分）（各渠段均充分長，各（1）圖示一跨河倒虹吸管，正方形斷面面積為 A=0.64 m2,長I 口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為Z 1=0.2 , Z 2=0.5 , Z 3=1.0 , 上下游水位差H=3m求通過的流量Q

11、? （ 10分）=50 m，兩個30 折角、進(jìn)沿程水力摩擦系數(shù)入=0.024，vo=0解：按短管計(jì)算，取下游水面為基準(zhǔn)面，對上下游渠道內(nèi)的計(jì)算斷面建立能量方 程l2H =hw =（人石十瓦E）丨（5分）4R2g計(jì)算方形管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)AR = =0.2 m：-0.2 20.5 1.0 =1.9將參數(shù)代入上式計(jì)算，可以求解得到v 二 4.16m/s , Q = vA 二 2.662m 3/s（5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

12、hw = 0.5m。用壓力表測得橡膠管與噴嘴接頭處的壓強(qiáng)p =4.9N cm2。如用手握住噴嘴，需要多大的水平力 R,行近流速vo=O,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(zhǔn)面，列水箱漸變流斷面2的能量方程2H 0 0 =0 0 堂 0.5（52g求得噴嘴出口流速和流量為v2 h-$2g 5=9.9ms11和噴嘴出口斷面2分）Q =v 2 A2 =0.000314 m/S橡膠管道內(nèi)的流速為v3 = =0.706 mS(1.5(1Fl對于噴嘴建立x方向的動量方程P3A3 - R - ： Q（V2x -V3x）（6.5 分）R = P3 A3 - Q（V2

13、- V3）= 187.79 N，糙率 n = 0.014，底坡 i =0.001水流對噴嘴沖擊力為 R =R即為手握噴嘴所需之力。（1分）如流動在紊流粗糙區(qū)，求通過的流量Q（9分）解：計(jì)算渠道斷面水力要素，過流斷面面積A =bh mh2 =39n?（1.5 分）（3）有一梯形渠道，底寬b =10 m水深h = 3 m邊坡為i：i濕周x = b 2,1 m2 h = 18.49 m（1.5分）水力半徑AR2.11 mx（1分）舍齊系數(shù)C Jr?6 = 80.90m 12 /sn（2分）通過的流量0 5Q = AC （R i） . = 144.93 m3/s（3分）（4）某矩形斷面渠道中筑有一溢流

14、壩。已知渠寬 B= 18m流量265m/s，壩下收縮斷面處水 深hc=1.1m,當(dāng)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(jì)算臨界水深hk，判斷收縮斷面和下游水流流態(tài)，3q = Q/B =265/18 =14.72 m /smhk14.7229.8-2.81m2比-1）ghc因?yàn)槭湛s斷面水深hc =1.1 mhk為急流，下游水深ht=4.7mhk為緩流,所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。2）計(jì)算收縮斷面處水深hc的共軛水深hchc=步（1 8H

15、u h +8漢 “721) 58im2 ,9.8 1.13 二 5-81m因?yàn)閔cht ,該水躍為遠(yuǎn)驅(qū)水躍。3）溢流壩下游發(fā)生遠(yuǎn)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)j = 1.05則池深約為 d = j hc- ht =1.055.81- 4.7 = 1.40 m水力學(xué)模擬題2o一、選擇題（每小題1分，共5分）1、 明渠均勻流可能發(fā)生在：（B）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(qiáng)為：（D ）A.10kPa ； B.98kPa ； C.147kPa ； D.196kPa。3、在圓管流中，層流的斷面流速分布

16、符合：（C ）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:(B)A. A.丨=(34)d，Ho9m .B. B.l =(34)dHo:9m .C. C.丨 (34)d ,Ho9m .D. D.丨 (34)d ,Ho:9m。5、粘性液體總水頭線沿程的變化是：（A ）A. A.沿程下降；B. 沿程上升；C.保持不變；D.前三種情況都有可能。、填空題（每空2分，共12 分）1、水力最優(yōu)矩形斷面的寬深比是 _2_，其水力半徑等于 水深的一半。2、 水的運(yùn)動粘滯系數(shù)隨溫度的升高而_ 降低 _，它的單位是 m2/s。3、 紊流時粘性底層厚度隨雷諾數(shù)的增

17、加而減小 。4、明渠均勻流的 水深 和 斷面平均速度 等物理量沿程不變。5、 在流量一定，渠道斷面的形狀、尺寸和壁面粗糙一定時，隨底坡的增大，正常水深將減小，臨界水深將不變6、 由于薄壁堰具有穩(wěn)定的流量和水頭關(guān)系，一般多用于實(shí)驗(yàn)室及小河渠的流量測量。三、簡答題（每小題5分，共18分）1、試分別說明雷諾數(shù) Re,佛汝德數(shù)Fr的物理意義及其在水力學(xué)中的主要用途？（ 5分）（1）雷諾數(shù)Re的物理意義：它表征液流慣性力與粘滯力的對比關(guān)系，即Re = vd/v。在水力學(xué)中主要用它來。在水力學(xué)判別液流的型態(tài)是層流還是紊流。佛汝德數(shù)Fr的物理意義：它表征液流慣性力與重力兩種作用力的對比關(guān)系。其能量意義是表示

18、過水?dāng)嗝鎲挝恢亓恳后w平均動能與平均勢能之比的二倍開平方, 中主要用它判別水流的流態(tài)是緩流、臨界流或急流。2、什么是水擊？減小水擊壓強(qiáng)的措施有那些？（5分），從而使管道斷面上發(fā)生壓強(qiáng)交替升答：壓力管道中，由于管中流速突然變化，弓I起管中壓強(qiáng)急劇增高（或降低） 降的現(xiàn)象，稱為水擊。工程上常常采取以下措施來減小水擊壓強(qiáng)：（一）延長閥門（或?qū)~）的啟閉時間 T（二）縮短壓力水管的長度（三）修建調(diào)壓室（四）減小壓力管道中的水流流速v03、“恒定流與非恒定流”，“均勻流與非均勻流”，“漸變流與急變流”是如何定義的？（ 8 分）答：（1）沿程水頭損失實(shí)測裝置 設(shè)備從水位恒定的水塔引出管道，與需要測量水頭損失

19、的新鋼管相聯(lián)，為了便于操作和計(jì)算，該管水平放置，兩端各開一個測壓孔，測壓孔直徑 d =6.0mm左右的測壓管，用橡皮管與壓差計(jì)相連接。測壓孔間距l(xiāng)視采用壓差計(jì)類型和測量精度而定，做到讀數(shù)準(zhǔn)確，誤差在5 %以內(nèi)。在測壓孔兩端設(shè) A、B兩個閘閥，控制流量與排氣。閘閥距測壓孔距離應(yīng)大于 （610） d, （d為新鋼管直徑） 避免閘閥后旋渦水流對測壓管測流的影響。在管道出口采用重量法或體積法測量流量。也可在管路上裝流量計(jì)測量流量。 工作原理水塔水位恒定，當(dāng)閘門開度一定時，管中通過的流量一定，測出流量。管道直徑保持不變，經(jīng)過管道的水流為 有壓均勻流，水力坡度與測壓管坡度相等，由壓差計(jì)測出壓差經(jīng)簡單換算即

20、得長度為L的管道的沿程水頭損失，即.Pl 一 P2 、丄 1 , 22 i Pl 一 P2hfZi -Z2Vi -V2；2g戈（2）沿程阻力系數(shù)在紊流光滑區(qū)的變化規(guī)律大量實(shí)驗(yàn)證明，在紊流光滑區(qū)，沿程阻力系數(shù)只與雷諾數(shù)Re有關(guān)，與絕對粗糙度 厶無關(guān)。五、計(jì)算題（共65分）1、某有機(jī)玻璃矩形斷面明渠，底寬b=0.15m，水深h= 0.065m，渠底坡,0.02，均勻流時測得流量Q = 20L/s 試求渠道的粗糙系數(shù) n值。（10分）2解：過水?dāng)嗝婷娣e A = bh = 0.15 0.065 = 0.00975 m濕訊二=b 2h0 =0.152 0.065 = 0.28m水力半徑75 “0348m

21、0.28翳 O.。3483。站巾00852、一矩形斷面渠道，如圖所示。已知閘前水深H =14m，閘門開啟高度e=1m，渠道底寬b = 3m，閘孔垂直收縮系數(shù)0.62 ,閘門局部水頭損失系數(shù)0.1 ,兩段渠道的底坡分別為：0 ,.5 ,渠道糙率n二0.04,不計(jì)閘前行進(jìn)流速，試判別第二段渠道中的水流為緩流或急流？并定性繪出兩段渠道中的水面曲線（兩段渠道均充分長）。（提示：能量方程求出流量，在求出臨界水深以及臨界底坡）（15分）解：兀二 e = 0.62 1二 0.62m由能量方程得2 2Vc_土2g 2g2g(H -he)2 9.8 (14一.62) = 15.44m/s1 0.1Q = AcV

22、 c = he bVe3= 0.62 3 15.44 = 28.72m /shK = 3Q2gb2沁2 = 2.11m9.8 32臨界水深時所對應(yīng)的個水力要素為:k = b 2hK=3 2 2.11 = 7.22mCkiK丄（叫6gCK BK_K2)K9.8 7.220.047.2224.4623= 0.0394由于i,故第二段渠道為陡坡， 流。且綜合分析其水面線為b2型降水曲線，h： hK水流為急3、某矩形斷面渠道中筑有一溢流壩。已知渠寬3b = 18m，流量Q= 265m /s，壩下收縮斷面處水深當(dāng)壩下游水深ht5m時，試（1）判別收縮斷面處和壩下游的流態(tài)？ （2）下游是否需要修建消能工？

23、（hc = 1.1m15分)解:(1)Q 2653q14.72m /s mb 1814722 = 2.81m9.8hc = 1.1 m ：: hK， ht = 5m hK收縮斷面處為急流，下游水流為緩流，所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。hr(18ghc0.6(.1 814.7223 1) = 5.81m9.8 1.14、如圖所示為一平面閘門（10 分）ht : hc，下游發(fā)生遠(yuǎn)離式水躍。AB，寬b=5m，閘門在水深H = 8m下工作。求閘門所受靜水總壓力的大小和作用點(diǎn)。2 2淚9 8漢8Pb5=1568KN解：22H 8e2.67m3 35、圖示一跨河倒虹吸管，管道直徑d =1.0m，管道總長I

24、=50m，折角、進(jìn)口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為Z 1=0.2 , Z 2=0.5 , Z 3=1.0，沿程水頭損失系數(shù)入=0.024，上下游水位差H = 5m，求通過的流量 Q ?繪制管道的 總水頭線和測壓管水頭線（15分）解:按短管計(jì)算1二 0.568吟+崇Jo.24嚅說枠O”.。Q = %A 2gH =0.5681.02-2 9.8 5 = 4.41m3/s4水力學(xué)答案一、選擇題（每小題 1分，共5分）1. B2.D3.C4.B5.A二、填空題（每空 2分，共12分）1、2; 水深22、降低；m/s3、減小4、水深和斷面平均速度5、減小；不變6、流量和水頭；流量三、簡答題（每小題 5分

25、，共18分）1、答：（1）雷諾數(shù)Re的物理意義：它表征液流慣性力與粘滯力的對比關(guān)系，即Re二vd/v。在水力學(xué)中主要用它來判別液流的型態(tài)是層流還是紊流。佛汝德數(shù)Fr的物理意義：它表征液流慣性力與重力兩種作用力的對比關(guān)系。其能量意義是表示過水?dāng)嗝鎲挝恢亓恳后w平均動能與平均勢能之比的二倍開平方，即h在水力學(xué)中主要用它判別水流的流態(tài)是緩流、臨界流或急流。2、答：壓力管道中，由于管中流速突然變化，引起管中壓強(qiáng)急劇增高（或降低），從而使管道斷面上發(fā)生壓強(qiáng)交替升降的現(xiàn)象，稱為水擊。工程上常常采取以下措施來減小水擊壓強(qiáng)：（一）延長閥門（或?qū)~）的啟閉時間 T（二）縮短壓力水管的長度（三）修建調(diào)壓室（四）減小

26、壓力管道中的水流流速 v03、答：（1 ）沿程水頭損失實(shí)測裝置設(shè)備從水位恒定的水塔引出管道，與需要測量水頭損失的新鋼管相聯(lián)，為了便于操作和計(jì)算，該管水平放置，兩端各開一個測壓孔，測壓孔直徑d =6.0mm左右的測壓管，用橡皮管與壓差計(jì)相連接。測壓孔間距l(xiāng)視采用壓差計(jì)類型和測量精度而定，做到讀數(shù)準(zhǔn)確，誤差在5 %以內(nèi)。在測壓孔兩端設(shè) A、B兩個閘閥，控制流量與排氣。閘閥距測壓孔距離應(yīng)大于（610） d, （d為新鋼管直徑）避免閘閥后旋渦水流對測壓管測流的影響。在管道出口采用重量法或體積法測量流量。也可在管路上裝流量計(jì)測量流量。工作原理水塔水位恒定，當(dāng)閘門開度一定時，管中通過的流量一定，測出流量。管道直徑保持不變，經(jīng)過管道的水流為 有壓均勻流，水力坡度與測壓管坡度相等，由壓差計(jì)測出壓差經(jīng)簡單換算即得長度為L的管道的沿程水頭損失，即!p1 一 P2 丄 f、丄 1 / 22 I p1 一 P2hf -