水力學(xué)：作業(yè)及答案

1、一、單項(xiàng)選擇題（每小題3分，共計(jì)12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(zhuǎn)拋物面。4 .液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為88kN/m2,則該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為（b）a、10kN/m2b、-10kN/m2c、12kN/m2d、-12kN/m2二、填空題（每小題3分，共計(jì)12分）1 .牛頓內(nèi)摩擦定律適用的條件是層流運(yùn)動(dòng)

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(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)值為20kN/m2,則該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)值為kN/m2,真空度為。118、04 .當(dāng)壓力體與受壓面在同一側(cè)，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(jì)6分）1 .作用任意平面上靜水總壓力的作用點(diǎn)與平面的形心點(diǎn)重合。（X）2 .均質(zhì)連續(xù)靜止液體內(nèi)任何一點(diǎn)的測(cè)壓管水頭等于常數(shù)。（M）四、問(wèn)答題（每小題4分，共計(jì)8分）1 .液體的基本特征是什么答案：易流動(dòng)的、不意被壓縮的、均勻等向的連續(xù)介質(zhì)。2 .什么是液體的粘滯性它對(duì)液體運(yùn)動(dòng)有什么影響答案：對(duì)于流動(dòng)的液體，如果液體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么液體質(zhì)點(diǎn)之

3、間也要產(chǎn)生摩擦力來(lái)反抗這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，我們把液體這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)中產(chǎn)生能量損失的根源五、作圖題（每小題4分，共計(jì)12分）1 .試?yán)L制圖中AB面上的靜水壓強(qiáng)分布圖2 .試?yán)L制圖中曲面ABC上的水平方向靜水壓強(qiáng)分布圖及壓力體圖3 .容器內(nèi)充滿了液體，測(cè)壓管液面如圖所示，試?yán)L制圖中曲面ABC上的壓力體圖2.圖示為復(fù)式比壓計(jì)，已知油的比重為，水銀的比重0.5m三0.2m為，求A,B兩點(diǎn)的壓強(qiáng)0.3m-0.4m水銀六、計(jì)算題（共4題，計(jì)50分）1.如圖所示，平板在水面上作水平運(yùn)動(dòng)，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(dòng)水流運(yùn)動(dòng)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(wú)水時(shí)啟門力T,（2）下游有水時(shí)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(diǎn)的位置。（4分）一、單項(xiàng)選擇題（每小題2分，共計(jì)10分）1.過(guò)水?dāng)嗝媸侵福╞）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(dòng)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(guān)，即可以判斷該液體流動(dòng)屬于（c）a、層流區(qū)；b、紊流光滑區(qū)；c、紊流過(guò)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(kuò)前后有壓管道的直徑之比d1/d2=1：2,則突擴(kuò)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(duì)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(jì)12分）1 .恒定流時(shí)流線與跡線。重合2 .恒岸漸變流時(shí)水?dāng)嗝鎰?dòng)水壓強(qiáng)的分布特件為其過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的測(cè)壓管水頭沂似相等。3 .實(shí)際液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)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(zhǎng)度相等但粗糙度不同的等直徑長(zhǎng)直管道，當(dāng)雷諾數(shù)相等時(shí)，它們的水頭損失在和流態(tài)與流區(qū)內(nèi)相等。層流、紊流光滑區(qū)5 .等直徑長(zhǎng)直管道中，液體的溫度不變，當(dāng)流量逐漸增大，管道內(nèi)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(jì)12分）1 .水流總是從壓強(qiáng)大的地方向壓強(qiáng)小的地方流動(dòng)。（X）2 .只有過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)流速相等的流動(dòng)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(dá)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(guān)。（X）6 .園管中層流的雷諾數(shù)必然大于3000oX四、問(wèn)答題（每小題5分，共計(jì)10分）1 .總水頭線、測(cè)壓管水頭線的關(guān)系和沿程變化的特點(diǎn)是什么答案：均勻的總水頭線和測(cè)壓管水頭線是相互平行的直線。2 .根據(jù)尼古拉茲實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)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(guò)尼古拉茲實(shí)驗(yàn)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(guò)渡區(qū)，入僅是Re的函數(shù)；在紊流光滑區(qū)入=f1（Re）;過(guò)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(jì)算題（共5題，計(jì)56分）1 .管道直徑d=10mm,通過(guò)

8、流量Q=20cm3/s,運(yùn)動(dòng)粘度=0.0101cm2/s。問(wèn)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(wèn)管中水流屬何種流態(tài)2 .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(guò)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(dòng)能校正系數(shù)=1。求管嘴的出流速度v及此射流達(dá)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(qiáng)為，問(wèn)也應(yīng)3 .已知如圖所示的文丘里管，管路中通過(guò)流量為多少（不計(jì)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(dòng)能和動(dòng)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(qiáng)分布計(jì)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(dāng)Q=14.0m3/s時(shí)，渠中均勻水深h=2m,糙率n=,試求500m長(zhǎng)渠道中的沿程水頭損失。解：（12分）一、單項(xiàng)選擇題（每小題2分，共計(jì)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(dòng)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(zhǎng)管的總水頭線與測(cè)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(jì)10分）1 .根據(jù)管道水頭損失計(jì)算方法的不同，管道可以分為和。長(zhǎng)管、短管2 .在水擊計(jì)算中閥門關(guān)閉的時(shí)間Ts水擊相長(zhǎng)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(shí)，其水深h>hk,弗汝德數(shù)Fr<1。（填寫、符號(hào)）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(shí)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(nèi)通過(guò)的流量Q=5.02?m3/s。三、判斷題（每小題2分，共計(jì)10分）1 .水泵的揚(yáng)程就是指提水的高程。（X）2

11、 .在正坡非棱柱渠道內(nèi)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(wèn)答題（每小題4分，共計(jì)8分）1 .簡(jiǎn)述明渠均勻流的特征。答案：過(guò)流斷面的形狀、尺寸和水深沿流程不變；過(guò)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(cè)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(jì)8分）1 .定性繪出圖示管道（短管）的總

12、水頭線和測(cè)壓管水頭線。V0=02 .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(zhǎng)，各段糙率相同）六、計(jì)算題（共6題，計(jì)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(zhǎng)度為11=10m,12=5m,l3=12m,虹吸管進(jìn)口安裝無(wú)底閥的濾網(wǎng)（=），管道有兩個(gè)60o的折角彎管（=）。（12分）求：（1）通過(guò)虹吸管的流量。（2）當(dāng)虹吸管內(nèi)最大允許真空值hv=7.0m時(shí)，虹吸管最大安裝高度。2.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,則

13、管道中原來(lái)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(dòng)在紊流粗糙3 .底寬b=1.5m的矩形明渠，通過(guò)的流量為解：4 .有一混凝土護(hù)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(zhǎng)L=116.5m。進(jìn)口處槽底高程=52.06m,當(dāng)通過(guò)設(shè)計(jì)流量Q=7.65m3/s時(shí)，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(shè)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(xiàng)選擇題（每小題2分，共計(jì)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(yīng)該是（d）a、遠(yuǎn)離式水躍，b、臨界水躍，c、強(qiáng)淹沒水躍，d、淹沒系數(shù)為的弱淹沒水躍3 .對(duì)于底坎為平頂堰的閘孔，相對(duì)開度e/H>（a）時(shí)的水流運(yùn)動(dòng)為堰流。a、b、0.67c、d、二、填空題（每小題3分，共計(jì)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(guò)流能力不同。2 .有一5孔WES型實(shí)用堰。每孔凈寬=8.0m,堰高P=50m,堰頂設(shè)計(jì)水頭H=3.2m,溢流堰下接遠(yuǎn)離式水躍。已知WES型實(shí)用堰的設(shè)計(jì)流量系數(shù)md=，側(cè)收縮系數(shù)£=,（14分）（1）求實(shí)用堰的設(shè)計(jì)流量Qd,（2）如果實(shí)測(cè)堰頂設(shè)計(jì)水頭H=4.0m,過(guò)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(dāng)通過(guò)閘孔的流量Q=470m3/s時(shí)，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(gè)寬

16、度相同的緩坡明槽，當(dāng)通過(guò)的流量Q=20m3/s時(shí)，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(yīng)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(jì)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(shí)的過(guò)閘流量。一、單項(xiàng)選擇題（每小題3分，共計(jì)12分）6 .滲流研究的對(duì)象是（a）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。a、重力水；b、毛細(xì)水；c、氣態(tài)水；d、薄膜水。7 .水力學(xué)模型與原

17、型滿足流動(dòng)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(zhǔn)則設(shè)計(jì)的水力學(xué)模型，長(zhǎng)度比尺入l=100,模型中水深為0.1米，則原型中對(duì)應(yīng)點(diǎn)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(cè)量水槽中某點(diǎn)水流流速的儀器有（b）a、文丘里計(jì)b、畢托管c、測(cè)壓管d、薄壁堰、填空題（每小題3分，共計(jì)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(dá)西定律適用的條件是恒定均勻?qū)恿鳚B流，無(wú)滲透變形。3.

18、滲流系數(shù)k與流量Q和相應(yīng)的水頭損失hw有關(guān)。vm=o,8m/s,則原型中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的流速4,按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的溢流壩水力模型，長(zhǎng)度比尺入l=25,當(dāng)模型中某點(diǎn)的流速為為Vp=4?m/s。三、判斷題（每小題3分，共計(jì)15分）1 .滲流達(dá)西定律適用的條件是恒定均勻?qū)恿鳚B流，并且無(wú)滲透變形。（V）2 .滲流模型流速與真實(shí)滲流流速數(shù)值相等。（x）3 .兩個(gè)液流只要在相應(yīng)點(diǎn)的速度和加速度的大小成比例，則兩個(gè)液流就是運(yùn)動(dòng)相似的。（M）4 .進(jìn)行水力學(xué)模型設(shè)計(jì)，要根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地的大小和供水能力來(lái)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(wú)壓滲流的浸潤(rùn)曲線只有4條（X）四、

19、問(wèn)答題（每小題5分，共計(jì)15分）1 .建立滲流模型應(yīng)遵循哪些原則答案：通過(guò)滲流模型的流量必須和實(shí)際滲流的流量相等；對(duì)同一作用面，從滲流模型得出的動(dòng)水壓力應(yīng)當(dāng)和真實(shí)滲流動(dòng)水壓力相等；滲流模型的阻力和實(shí)際滲流應(yīng)相等，也就是說(shuō)水頭損失應(yīng)該相等。2 .要實(shí)現(xiàn)流動(dòng)相似三個(gè)基本條件以及它們間的關(guān)系似什么答案：幾何相似中的長(zhǎng)度比尺是設(shè)計(jì)水力模型的重要參數(shù)；運(yùn)動(dòng)相似中的流速比尺是檢驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗨菩院桶涯Ｐ统晒麚Q算到原型的重要依據(jù)；動(dòng)力相似則是模型設(shè)計(jì)的主要出發(fā)點(diǎn)。水力模型相似的三個(gè)特征關(guān)系：幾何相似是基礎(chǔ)，動(dòng)力相似是主導(dǎo)，運(yùn)動(dòng)相似是目的。3 .簡(jiǎn)述滲流達(dá)西公式與杜皮幼公式有什么不同答案：達(dá)西定律適用于任一點(diǎn)的滲流

20、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(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的滲流流速都相等且等于v=kJ五、計(jì)算題（共4題，計(jì)46分）1 .在實(shí)驗(yàn)室中根據(jù)達(dá)西定律測(cè)定某種土壤的滲透系數(shù)，將士裝入直徑d=20cm的達(dá)西實(shí)驗(yàn)裝置的圓筒內(nèi)，在40cm水頭的作用下，經(jīng)過(guò)1晝夜測(cè)得滲透的水量為15升，兩測(cè)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(kù)進(jìn)行放空水庫(kù)的模型試驗(yàn)，模型的幾何比尺入上放空水庫(kù)所需的時(shí)間

21、。解：l=100,今在模型中測(cè)得放空水庫(kù)所需時(shí)間為12小時(shí)，試求原型4以重力相似原則設(shè)計(jì)的某水工模型，長(zhǎng)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(yīng)收縮斷面處的平均流速vm。如果原型中過(guò)閘流量Qp=3000m3/s,則原型中相應(yīng)的流量為Qm為多少（11分）解:2.溢流堰的過(guò)堰流量與堰頂水頭的次方成正比。3/23.當(dāng)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(yuǎn)驅(qū)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(hào)）。5.工程中應(yīng)用WES實(shí)用堰與其它實(shí)用堰型相比具有下列優(yōu)點(diǎn)便于施工