水力學：作業(yè)及答案

1、一、單項選擇題（每小題3分，共計12分）1 .在水力學中，單位質量力是指（c）a、單位面積液體受到的質量力；b、單位體積液體受到的質量力；c、單位質量液體受到的質量力；d、單位重量液體受到的質量力。2 .在平衡液體中，質量力與等壓面（d）a、重合；b、平行c、相交；d、正交。3 .液體只受重力作用，則靜止液體中的等壓面是（b）a、任意曲面；b、水平面c、斜平面；d、旋轉拋物面。4 .液體中某點的絕對壓強為88kN/m2,則該點的相對壓強為（b）a、10kN/m2b、-10kN/m2c、12kN/m2d、-12kN/m2二、填空題（每小題3分，共計12分）1 .牛頓內摩擦定律適用的條件是層流運動

2、和牛頓液體。2 .理想液體的概念是指。沒有粘滯性的液體3 .液體中某點的相對壓強值為20kN/m2,則該點的絕對壓強值為kN/m2,真空度為。118、04 .當壓力體與受壓面在同一側，鉛垂方向的作用力的方向是向。下三、判斷題（每小題3分，共計6分）1 .作用任意平面上靜水總壓力的作用點與平面的形心點重合。（X）2 .均質連續(xù)靜止液體內任何一點的測壓管水頭等于常數(shù)。（M）四、問答題（每小題4分，共計8分）1 .液體的基本特征是什么答案：易流動的、不意被壓縮的、均勻等向的連續(xù)介質。2 .什么是液體的粘滯性它對液體運動有什么影響答案：對于流動的液體，如果液體內部的質點之間存在相對運動，那么液體質點之

3、間也要產(chǎn)生摩擦力來反抗這種相對運動的發(fā)生，我們把液體這種相對運動的發(fā)生，我們把液體的這種特性稱為粘滯性；黏滯性是液體在流動中產(chǎn)生能量損失的根源五、作圖題（每小題4分，共計12分）1 .試繪制圖中AB面上的靜水壓強分布圖2 .試繪制圖中曲面ABC上的水平方向靜水壓強分布圖及壓力體圖3 .容器內充滿了液體，測壓管液面如圖所示，試繪制圖中曲面ABC上的壓力體圖2.圖示為復式比壓計，已知油的比重為，水銀的比重0.5m三0.2m為，求A,B兩點的壓強0.3m-0.4m水銀六、計算題（共4題，計50分）1.如圖所示，平板在水面上作水平運動，速度為v=10cm/s,度呈直線分布，水溫為20C,試求：作用平板

4、單位面積上的摩擦力。平板與下部固定底板的距離為S=1mm,平板帶動水流運動速一二B（10分）差。（12分）解:3.如圖所示矩形平板閘門AB寬b=3m,門重G=9800N,a=60,hi=1m,h2=1。73m。試求:（1）下游無水時啟門力T,（2）下游有水時啟門力T_4.圖示為溢流壩上的弧型閘門。已知R=10m,b=8m,壓力作用點的位置。（4分）一、單項選擇題（每小題2分，共計10分）1.過水斷面是指（b）7h1a=30。，試求：（1）作用在弧型閘門上的靜水總壓力（2）靜水總a、與流線平行的斷面；b、與流線正交的橫斷面2.已知液體流動的沿程水力摩擦系數(shù)與邊壁粗糙度和雷諾數(shù)c、與流線斜交的橫斷

5、面；d、與跡線正交的橫斷面。Re都有關，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)3 .有壓管道的管徑d與管流水力半徑的比值d/R=（b）a、8b、4c、2d、14 .已知突擴前后有壓管道的直徑之比d1/d2=1：2,則突擴前后斷面的雷諾數(shù)之比為（a）a、2b、1c、d、5.層流斷面流速分布規(guī)律符合ca、對數(shù)分布；b直線分布；c、拋物線分布；d、橢圓分布。二、填空題（每小題2分，共計12分）1 .恒定流時流線與跡線。重合2 .恒岸漸變流時水斷面動水壓強的分布特件為其過水斷面上各點的測壓管水頭沂似相等。3 .實際液體在流動時產(chǎn)生水頭損失的內因是液

6、體具有粘滯性.外因是邊界條件的影響o4 .某種液體流經(jīng)兩根長度相等但粗糙度不同的等直徑長直管道，當雷諾數(shù)相等時，它們的水頭損失在和流態(tài)與流區(qū)內相等。層流、紊流光滑區(qū)5 .等直徑長直管道中，液體的溫度不變，當流量逐漸增大，管道內的雷諾數(shù)Re將逐漸增大。6 .判斷明渠水流層流或紊流的臨界雷諾數(shù)Re的數(shù)值是500o三、判斷題（每小題2分，共計12分）1 .水流總是從壓強大的地方向壓強小的地方流動。（X）2 .只有過水斷面上各點流速相等的流動才是均勻流（X）3 .均勻流與漸變流一定是恒定流，急變流一定是非恒定流。（x）4 .根據(jù)達西公式hf=入lv2,層流沿程水頭損失與流速平方成正比。（X）4R2g5

7、 .紊流粗糙區(qū)的沿程水頭損失系數(shù)只與雷諾數(shù)有關。（X）6 .園管中層流的雷諾數(shù)必然大于3000oX四、問答題（每小題5分，共計10分）1 .總水頭線、測壓管水頭線的關系和沿程變化的特點是什么答案：均勻的總水頭線和測壓管水頭線是相互平行的直線。2 .根據(jù)尼古拉茲實驗，簡單敘述沿程水頭損失系數(shù)人在不同流態(tài)的變化規(guī)律。答案：通過尼古拉茲實驗可以發(fā)現(xiàn)：在層流中人僅是雷諾數(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=f1（Re）;過渡區(qū)人=f2（Re,）;粗糙區(qū)人=f3（）,紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。RR五、計算題（共5題，計56分）1 .管道直徑d=10mm,通過

8、流量Q=20cm3/s,運動粘度=0.0101cm2/s。問管中水流流態(tài)屬層流還是紊流若將直徑改為d=30mm,水溫、流量不變，問管中水流屬何種流態(tài)2 .圖示水箱一側有一向上開口的短管，箱內水位恒定，水通過管嘴向上噴射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5m,管嘴局部水頭損失系數(shù)=，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zo（12分）解:Q=10l/s,di=5cm,pi=Pa,如果使2斷面產(chǎn)生真空壓強為，問也應3 .已知如圖所示的文丘里管，管路中通過流量為多少（不計水頭損失）（12分）解：4 .矩形斷面渠道中有一平板閘門，渠寬b=3m。閘前水深H=4m,閘下收縮斷面水深hc=0

9、.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，并與按靜水壓強分布計算作用于閘門上的作用力相比較。（12分）解:5.有一漿砌塊石的矩形斷面渠道，寬b=6m,當Q=14.0m3/s時，渠中均勻水深h=2m,糙率n=,試求500m長渠道中的沿程水頭損失。解：（12分）一、單項選擇題（每小題2分，共計6分）1 .矩形水力最佳斷面的寬深比p=（b）a、1;b、2;c、3;d、42 .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。3 .長管的總水頭線與測壓管水頭線（a）a、重合；b、相平行的直線；c、相平行呈

10、階梯狀。二、填空題（每小題2分，共計10分）1 .根據(jù)管道水頭損失計算方法的不同，管道可以分為和。長管、短管2 .在水擊計算中閥門關閉的時間Ts水擊相長Tr的水擊，稱為水擊，把TsTr的水擊稱為水擊。直接、間接3,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）4 .a2型水面曲線是發(fā)生在陡坡上的緩流（指急流或緩流）的水面線，這時弗汝德數(shù)Fr沿程減?。ㄖ冈龃?、減小或不變）5 .已知底寬為b=6m的矩形渠道中，臨界水深為hk=1.37m,則渠道內通過的流量Q=5.02?m3/s。三、判斷題（每小題2分，共計10分）1 .水泵的揚程就是指提水的高程。（X）2

11、 .在正坡非棱柱渠道內可以形成均勻流。（X）3 .在流量和渠道斷面形狀一定的條件下，水躍的躍后水深隨躍前水深的增大而增大（X）4 .斷面比能沿流程總是減小的。（X）5 .陡坡渠道中產(chǎn)生均勻流必定是急流。（V）四、問答題（每小題4分，共計8分）1 .簡述明渠均勻流的特征。答案：過流斷面的形狀、尺寸和水深沿流程不變；過流斷面上的流速和流速分布沿流程不變，所以流速水頭沿程不變；總水頭線、測壓管水頭線（既水面線）和渠底線三者互相平行。2 .判別明渠水流的流態(tài)有哪幾種方法答案：用弗汝德數(shù)判別砂；用微波波速判別；用臨界水深判別；用臨界流速判別。五、作圖題（共2題，計8分）1 .定性繪出圖示管道（短管）的總

12、水頭線和測壓管水頭線。V0=02 .定性繪出圖示棱柱形明渠內的水面曲線，并注明曲線名稱及流態(tài)。（各渠段均充分長，各段糙率相同）六、計算題（共6題，計58分）1.圖示用直徑d=0.4m的鋼筋混凝土虹吸管從河道向灌溉渠道引水，河道水位為120m,灌溉渠道水位118m,虹吸管各段長度為11=10m,12=5m,l3=12m,虹吸管進口安裝無底閥的濾網(wǎng)（=），管道有兩個60o的折角彎管（=）。（12分）求：（1）通過虹吸管的流量。（2）當虹吸管內最大允許真空值hv=7.0m時，虹吸管最大安裝高度。2.突然完全關閉管道末端的閥門，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

13、管道中原來的流速V0為多少（7分）Q=1.5m3/s,已知渠中的水深h=0.4m,則該處水流的流態(tài)為正常水深h=3m,邊坡為1:1,底坡i=，糙率n=。如流動在紊流粗糙3 .底寬b=1.5m的矩形明渠，通過的流量為解：4 .有一混凝土護面的梯形渠道，底寬b=10m,區(qū)，求謝才系數(shù)C和均勻流流量。解：5 .有一矩形斷面混凝土渡槽（n=,底寬b=1.5m,槽長L=116.5m。進口處槽底高程=52.06m,當通過設計流量Q=7.65m3/s時，槽中均勻流水深h0=1.7m,試求渡槽出口的底高程2（10分）解：6 .在矩形斷面水平渠道中設一平板閘門，如圖所示，閘門與渠道同為寬度b=4m,閘孔出流量Q

14、=12m3/s,閘下收縮斷面水深hc=0.4m,產(chǎn)生水躍與下游水流銜接，下游水深ht=1.4m,求躍前水深并判別水躍發(fā)生的位置。（12分）一、單項選擇題（每小題2分，共計6分）1 .閘孔出流的流量與閘前水頭的（d）成正比。a、1次方b、2次方c3/2次方d、1/2次方2 .底流式消能池中產(chǎn)生的水躍應該是（d）a、遠離式水躍，b、臨界水躍，c、強淹沒水躍，d、淹沒系數(shù)為的弱淹沒水躍3 .對于底坎為平頂堰的閘孔，相對開度e/H>（a）時的水流運動為堰流。a、b、0.67c、d、二、填空題（每小題3分，共計15分）1 .堰、閘出流都屬于急變流流、它們的主要區(qū)別在于流堰上部沒有受到閘門控制，水面

15、是連續(xù)的，而閘孔出流受到閘門控制，水面是不連續(xù)的，因而過流能力不同。2 .有一5孔WES型實用堰。每孔凈寬=8.0m,堰高P=50m,堰頂設計水頭H=3.2m,溢流堰下接遠離式水躍。已知WES型實用堰的設計流量系數(shù)md=，側收縮系數(shù)£=,（14分）（1）求實用堰的設計流量Qd,（2）如果實測堰頂設計水頭H=4.0m,過堰流量Q為500m3/s,試求流量系數(shù)解：3 .某平底坎水閘，共有10孔，采用平板閘門，每孔寬度為b=4m,閘門開度e=2m,下游水深ht=3m,當通過閘孔的流量Q=470m3/s時，求閘前水頭為多少（10分）解：4 .一矩形斷面陡槽，如圖所示，槽寬b=5m,下接一個寬

16、度相同的緩坡明槽，當通過的流量Q=20m3/s時，陡槽末端水深h1=0.5m,下游水深ht=1.80m,試判別水躍的銜接形式。如果水躍從1一1斷面開始發(fā)生，所需下游水深應為多少（12分）解:i2<ik5 .某攔河閘共9孔，每孔寬為14m;閘墩厚為d=3.5m,閘墩頭部為半圓形，邊墩迎水面為圓弧型，圓弧半徑r=5m,計算厚度3;閘前水位高程為18m；閘底板高程為6m；閘前行近流速為v0=3m/s；下游水位不影響出流。試確定閘門全開時的過閘流量。一、單項選擇題（每小題3分，共計12分）6 .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。7 .水力學模型與原

17、型滿足流動相似的充分必要條件是兩者的（a）相等。a、弗汝德數(shù)Fr；b、雷諾數(shù)Re；c、糙率n；d、牛頓數(shù)Ne。8 .按重力相似準則設計的水力學模型，長度比尺入l=100,模型中水深為0.1米，則原型中對應點水深為和流量比尺為（d）a、1米，入Q=1000;b、10米，入Q=100;c、1米，入q=100000;d、10米，入q=100000。9 .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、填空題（每小題3分，共計12分）1,建立滲流模型必須滿足滲流流量相等，滲流壓力相等，滲流阻力（水頭損失）相等2,滲流達西定律適用的條件是恒定均勻層流滲流，無滲透變形。3.

18、滲流系數(shù)k與流量Q和相應的水頭損失hw有關。vm=o,8m/s,則原型中對應點的流速4,按重力相似準則設計的溢流壩水力模型，長度比尺入l=25,當模型中某點的流速為為Vp=4?m/s。三、判斷題（每小題3分，共計15分）1 .滲流達西定律適用的條件是恒定均勻層流滲流，并且無滲透變形。（V）2 .滲流模型流速與真實滲流流速數(shù)值相等。（x）3 .兩個液流只要在相應點的速度和加速度的大小成比例，則兩個液流就是運動相似的。（M）4 .進行水力學模型設計，要根據(jù)試驗場地的大小和供水能力來確定模型的幾何比尺。（M）5 .棱柱體明渠恒定漸變流的水面曲線有12條，而地下河槽無壓滲流的浸潤曲線只有4條（X）四、

19、問答題（每小題5分，共計15分）1 .建立滲流模型應遵循哪些原則答案：通過滲流模型的流量必須和實際滲流的流量相等；對同一作用面，從滲流模型得出的動水壓力應當和真實滲流動水壓力相等；滲流模型的阻力和實際滲流應相等，也就是說水頭損失應該相等。2 .要實現(xiàn)流動相似三個基本條件以及它們間的關系似什么答案：幾何相似中的長度比尺是設計水力模型的重要參數(shù)；運動相似中的流速比尺是檢驗模型相似性和把模型成果換算到原型的重要依據(jù)；動力相似則是模型設計的主要出發(fā)點。水力模型相似的三個特征關系：幾何相似是基礎，動力相似是主導，運動相似是目的。3 .簡述滲流達西公式與杜皮幼公式有什么不同答案：達西定律適用于任一點的滲流

20、流速u=kJ,其適用于恒定均勻層流滲流；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五、計算題（共4題，計46分）1 .在實驗室中根據(jù)達西定律測定某種土壤的滲透系數(shù)，將士裝入直徑d=20cm的達西實驗裝置的圓筒內，在40cm水頭的作用下，經(jīng)過1晝夜測得滲透的水量為15升，兩測壓管之間的距離為30cm,試求該種土壤的滲透系數(shù)。解：2 .直彳5d1.5m的圓柱形濾水器，濾水層由均勻砂組成，厚1.5m,滲透系數(shù)k=0.013cm/s,求在H=0.6m的恒定流情況下，濾水器的滲流流量Qo3.某水庫進行放空水庫的模型試驗，模型的幾何比尺入上放空水庫所需的時間

21、。解：l=100,今在模型中測得放空水庫所需時間為12小時，試求原型4以重力相似原則設計的某水工模型，長度比尺入1=25;若原型中閘孔收縮斷面處的平均流速Vp=7.5m/s,則確定模型中相應收縮斷面處的平均流速vm。如果原型中過閘流量Qp=3000m3/s,則原型中相應的流量為Qm為多少（11分）解:2.溢流堰的過堰流量與堰頂水頭的次方成正比。3/23.當堰頂厚度S=5m,堰為寬頂堰的堰上水頭范圍是o0.5m<H<2m4.泄水建筑物下游發(fā)生遠驅水躍，下游收縮斷面水深hc的共軻水深hc''>ht。（ht為下游河道的水深，填寫、符號）。5.工程中應用WES實用堰與其它實用堰型相比具有下列優(yōu)點便于施工