土木工程師-專業(yè)基礎(chǔ)（水利水電）-水力學(xué)-明渠恒定非均勻流動(dòng)

土木工程師-專業(yè)基礎(chǔ)（水利水電）-水力學(xué)-明渠恒定非均勻流動(dòng)[單選題]1.有一河道泄流時(shí)，流量Q＝120m3/s，過水?dāng)嗝鏋榫匦螖嗝?，其寬度b＝60m，流速v＝5m/s，河道水流的（江南博哥）流動(dòng)類型為()。[2016年真題]A.緩流B.急流C.臨界流D.不能確定正確答案：B參考解析：解法一：比較河流水深（h）與臨界水深（hc）的關(guān)系。根據(jù)題意有：h＝Q/（vb）＝120/（5×60）＝0.4m由于hc＞h，因此判斷河道的流動(dòng)類型為急流。解法二：計(jì)算弗勞德數(shù)，因因此判斷河道的流動(dòng)類型為急流。[單選題]2.滿足dEs/dh＝0條件下的流動(dòng)是()。[2013年真題]A.緩流B.急流C.臨界流D.均勻流正確答案：C參考解析：h表示水深，Es表示斷面單位能量，dEs/dh＞0時(shí)，斷面單位能量隨水深增加而增加；dEs/dh＜0時(shí)，斷面單位能量隨水深增加而減小；dEs/dh＝0為斷面比能最小的臨界情況，此時(shí)弗勞德數(shù)Fr＝1，水流為臨界流。[單選題]3.下列哪種情況可能發(fā)生？()[2017年真題]A.平坡上的均勻緩流B.緩坡上的均勻緩流C.陡坡上的均勻緩流D.臨界坡上的均勻緩流正確答案：B參考解析：A項(xiàng)，明渠均勻流只能發(fā)生在正坡渠道中，即i＞0；平坡（i＝0）不能產(chǎn)生均勻流。正坡渠道中，按渠道的實(shí)際底坡i與臨界底坡ic相比又分三種情況：①i＜ic為緩坡，此時(shí)，h0＞hc，均勻流是緩流；②i＞ic為陡坡或稱急坡，此時(shí)h0＜hc，均勻流是急流；③i＝ic，為臨界坡，此時(shí)h0＝hc，均勻流是臨界流。平坡和逆坡不可能發(fā)生均勻流；臨界坡上的均勻流為臨界流；當(dāng)i＜iK時(shí)，可發(fā)生均勻流態(tài)為緩流，底坡為緩坡的情況。[單選題]4.水躍躍前水深h′和躍后水深h″之間的關(guān)系為()。[2014年真題]A.h′越大則h″越大B.h′越小則h″越小C.h′越大則h″越小D.無法確定正確答案：C參考解析：水躍是明渠水流從急流狀態(tài)（水深小于臨界水深）過渡到緩流狀態(tài)（水深大于臨界水深）時(shí)，水面驟然躍起的局部水流現(xiàn)象。躍前水深h′是指躍前斷面（表面水滾起點(diǎn)所在的過水?dāng)嗝妫┑乃睿卉S后水深h″是指躍后斷面（表面水滾終點(diǎn)所在的過水?dāng)嗝妫┑乃?。由水躍方程曲線（見圖1-6-1）可知，躍前水深h′和躍后水深h″呈反比關(guān)系，躍前水深愈小，對(duì)應(yīng)的躍后水深愈大；反之，躍前水深愈大，對(duì)應(yīng)的躍后水深愈小。圖1-6-1[單選題]5.下列關(guān)于明渠非均勻流說法正確的是()。[2010年真題]①水深和斷面平均流速沿程變化；②流線間互相平行；③水力坡度線、測(cè)壓管水頭線和底坡線彼此間不平行；④總水頭沿程下降。A.①②④正確B.②③④正確C.①③④正確D.①②③④正確正確答案：C參考解析：流線不是相互平行直線的流動(dòng)稱為非均勻流。明渠非均勻流是不等深、不等速的流動(dòng)，即水深h和斷面平均流速v沿程發(fā)生變化。在明渠非均勻流中，渠道底坡i、水面坡度Jp和水力坡度J不再相等，即i≠Jp≠J。無論是均勻流還是非均勻流，總水頭線總是沿程下降。[單選題]6.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D.無法確定正確答案：B參考解析：弗勞德（W.Froude）數(shù)法判別流動(dòng)類型的計(jì)算公式為：式中，無量綱數(shù)Fr稱弗勞德數(shù)。弗勞德數(shù)可判別水流的流動(dòng)類型：Fr＜1，緩流；Fr＞1，急流；Fr＝1，臨界流。該處水流流速v＝Q/A＝2.5m/s，所以為急流。[單選題]7.從力學(xué)角度看，弗勞德數(shù)所表示的兩種力的對(duì)比關(guān)系是()。A.慣性力與黏滯力B.慣性力與重力C.重力與黏滯力D.壓力與黏滯力正確答案：B參考解析：取明渠流速和微波速度之比來判別流動(dòng)類型，F(xiàn)r稱為弗勞德數(shù)，可作為流動(dòng)類型的判別數(shù)。弗勞德數(shù)的力學(xué)意義是代表水流的慣性力和重力兩種作用的對(duì)比關(guān)系。[單選題]8.一平底矩形斷面渠道，底寬b＝6m，當(dāng)通過的流量Q＝35m3/s時(shí)，躍前水深h′＝0.5，則躍后水深為()m。A.2.48B.3.48C.4.48D.5.48正確答案：B參考解析：對(duì)于矩形斷面渠道，已知躍前水深求取躍后水深的計(jì)算公式為：式中，q為單寬流量，單位為m2/s。該矩形斷面渠道單寬流量計(jì)算公式為：q＝Q/b＝5.83m2/s。故可得躍后水深為：[單選題]9.若兩條渠道的流量相同，斷面形狀、尺寸一樣，糙率、底坡不一樣，則這兩條渠道的臨界水深()。A.底坡大則臨界水深小B.底坡小則臨界水深大C.底坡大則臨界水深大D.相等正確答案：D參考解析：以Ac、Bc分別表示水深為臨界水深hc時(shí)的過水?dāng)嗝婷娣e和水面寬度，可得到臨界水深的計(jì)算式為：式中，等號(hào)左邊已知，右邊是臨界水深hc的函數(shù)，可解得hc。由計(jì)算式可知，臨界水深與糙率、底坡無關(guān)，與斷面形狀、尺寸和流量有關(guān)。[單選題]10.某一光滑壁面n＝0.010的矩形渠道，寬2.5m，底坡i＝0.01，通過流量Q＝3m3/s，渠道中某一斷面的水深為0.75m。則可判定渠道底坡和該斷面水流流態(tài)形式分別是()。A.陡坡，緩流B.緩坡，急流C.陡坡，臨界流D.緩坡，臨界流正確答案：A參考解析：矩形斷面渠道臨界水深計(jì)算公式為：式中，q＝Q/b為單寬流量，動(dòng)能校正系數(shù)α取1.0。則該矩形渠道臨界水深為：因h＞hc，故該斷面水流流態(tài)形式為緩流。根據(jù)臨界底坡的計(jì)算公式：而矩形斷面渠道臨界水深對(duì)應(yīng)的濕周為：χc＝b＋2hc＝2.5＋2×0.53＝3.56m；水面寬度為：Bc＝2.5m；斷面面積為：Ac＝hcb＝2.5×0.53＝1.325m2；水力半徑為：R＝Ac/χc＝1.325/3.56＝0.372m；謝才系數(shù)為：則該矩形斷面渠道臨界底坡為：可知該矩形渠道底坡大于臨界底坡，為陡坡。[單選題]11.在平坡或逆坡渠道上可能發(fā)生的水流流態(tài)是()。A.均勻流緩流B.均勻流急流C.均勻流臨界流D.非均勻流急流正確答案：D參考解析：明渠均勻流產(chǎn)生的條件是：能量沿流程減少值等于沿程水頭損失，而水流的動(dòng)能保持不變。所以明渠均勻流只能出現(xiàn)在底坡不變，斷面形狀、尺寸、壁面粗糙系數(shù)均不變的正底坡（i＞0）長(zhǎng)渠道中，而在平底坡（i＝0）、反底坡渠道、非棱柱形渠道，以及天然河道中都不能產(chǎn)生均勻流。[單選題]12.閘門下游矩形斷面渠道中發(fā)生水躍，已知b＝6m，Q＝12.5m3/s，躍前斷面流速v1＝7m/s，則躍后水深h″為______，水躍長(zhǎng)度lj為______，水躍所消耗的能量ΔEj為______。下列選項(xiàng)中正確的是()。A.h″＝1.283m，lj＝7.867m，ΔEj＝1.027mB.h″＝1.581m，lj＝8.867m，ΔEj＝1.126mC.h″＝1.783m，lj＝8.867m，ΔEj＝0.927mD.h″＝1.783m，lj＝6.867m，ΔEj＝1.227m正確答案：B參考解析：由題意可知，躍前水深為：h′＝Q/vb＝12.5/（7×6）＝0.2976m。則矩形斷面渠道的躍后水深為：水躍長(zhǎng)度為：水躍所消耗的能量為：[單選題]13.a2型水面曲線是發(fā)生在______上的______的水面線，這時(shí)弗勞德數(shù)Fr沿程______。下列選項(xiàng)正確的是()。A.陡坡，緩流，減小B.緩坡，緩流，增大C.陡坡，緩流，增大D.陡坡，急流，減小正確答案：A參考解析：陡坡渠道中，正常水深h小于臨界水深hc，由N-N線和C-C線可將流動(dòng)空間分成三個(gè)區(qū)域，其中，在a區(qū)（h＞hc＞h0），水深h大于正常水深h0，也大于臨界水深hc，流動(dòng)是緩流。由式可得dh/ds＞0，水深沿程增加，水面線是壅水曲線，稱為a2型水面線。根據(jù)連續(xù)性方程可知，水深沿程增加，則水流流速沿程減小。根據(jù)弗勞德數(shù)計(jì)算公式：可知，弗勞德數(shù)Fr沿程減小。[單選題]14.棱柱體明渠的臨界底坡與下列()因素?zé)o關(guān)。A.流量大小B.渠道斷面形狀及尺寸C.渠道的縱坡D.渠道的糙率正確答案：C參考解析：臨界底坡計(jì)算公式為：其中謝才系數(shù)與渠道的糙率有關(guān)。在斷面一定的棱柱形渠道中，臨界水深hc與流量有關(guān)，所以相應(yīng)的Cc、χc、Bc各物理量同流量有關(guān)，臨界底坡ic的大小也同流量有關(guān)。[單選題]15.一定的流量Q通過下面的四種棱柱形渠道，以下所畫渠道水面線（如圖1-6-2）正確的是()。圖1-6-2A.圖（a）和圖（b）B.圖（b）和圖（c）C.圖（c）和圖（d）D.圖（a）和圖（d）正確答案：C參考解析：（a）圖連接段畫錯(cuò)，此時(shí)不滿足a1型水面線上升的規(guī)律；（b）圖的下半部畫錯(cuò)，不滿足明渠均勻流最終趨向正常水深的規(guī)律。（a）（b）圖正確畫法如圖1-6-3所示。圖1-6-3[單選題]16.下列關(guān)于斷面單位能量的說法中，正確的是()。A.是單位重力液體相對(duì)于沿程某一基準(zhǔn)面的機(jī)械能B.是單位質(zhì)力液體相對(duì)于沿程某一基準(zhǔn)面的機(jī)械能C.是單位重力液體相對(duì)于通過該斷面最低點(diǎn)的基準(zhǔn)面的機(jī)械能D.是單位質(zhì)力液體相對(duì)于通過該斷面最低點(diǎn)的基準(zhǔn)面的機(jī)械能正確答案：C參考解析：明渠非均勻流是不等深、不等速流動(dòng)，水深的變化同明渠的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。設(shè)水深h，流量Q，過水?dāng)嗝婷娣eA，斷面動(dòng)能修正系數(shù)α。以斷面最低點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，總水頭方程為：E稱為斷面單位能量，是單位重力液體相對(duì)于通過該斷面最低點(diǎn)的基準(zhǔn)面的機(jī)械能。[單選題]17.判斷不同條件下水流的流態(tài)，當(dāng)時(shí)為______；當(dāng)時(shí)為______；當(dāng)Fr＞1時(shí)為______；當(dāng)Re＝100時(shí)為______。下列選項(xiàng)中正確的是()。A.非均勻流，臨界流，急流，層流B.均勻流，臨界流，急流，紊流C.非均勻流，臨界流，緩流，層流D.均勻流，臨界流，急流，層流正確答案：D參考解析：本題判斷依據(jù)有：①斷面單位能量Es是以通過各自斷面最低點(diǎn)的基準(zhǔn)面計(jì)算的，其值沿程可能增加，dEs/ds＞0；可能減少，dEs/ds＜0；只有在均勻流（h、v沿程不變）中，沿程不變，dEs/ds＝0。②由斷面單位能量的變化判斷流動(dòng)的類型：，緩流；，臨界流；，急流。③無量綱數(shù)Fr稱為弗勞德數(shù)，可作為流動(dòng)類型的判別數(shù)：Fr＜1，緩流；Fr＞1，急流；Fr＝1，臨界流。④對(duì)于圓管中的流動(dòng)，臨界雷諾數(shù)為：對(duì)于明渠及天然河道中的流動(dòng)，臨界雷諾數(shù)為：式中，R是明渠及天然河道過水?dāng)嗝娴乃Π霃?。?dāng)流動(dòng)雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí)，為層流，大于臨界雷諾數(shù)時(shí)為紊流。[單選題]18.在流量與明渠渠道斷面形式、尺寸一定時(shí)，水躍的躍前水深減小，則()。A.躍后水深也減小B.躍后水深增大C.躍后水深不變D.躍后水深是否變化無法確定正確答案：B參考解析：水躍方程J（h′）＝J（h″）中，J（h′）、J（h″）分別為躍前和躍后水深。躍前水深愈小，對(duì)應(yīng)的躍后水深愈大；反之，躍前水深愈大，對(duì)應(yīng)的躍后水深愈小。[單選題]19.已測(cè)得某河道過水?dāng)嗝婷娣e為A＝524m2，水面寬度為B＝119m，流量Q＝1620m3/s，若用流態(tài)判別數(shù)Fr進(jìn)行判別，則該水流的流態(tài)為()。A.Fr＝0.47，緩流B.Fr＝0.67，緩流C.Fr＝1.47，急流D.Fr＝1.67，急流正確答案：A參考解析：弗勞德數(shù)可作為流動(dòng)類型的判別數(shù)：Fr＜1，緩流；Fr＞1，急流；Fr＝1，臨界流。該處水流流速v＝Q/A＝1620/524＝3.09（m/s），水深h＝A/B＝4.40m，微波的相對(duì)流速為：為緩流。[單選題]20.下列矩形渠道中的水流屬于急流的是()。A.B＝12m，Q＝14.4m3/s，H＝0.45mB.B＝8m，Q＝2.5m3/s，H＝0.35mC.B＝4m，Q＝1.5m3/s，H＝0.40mD.B＝2m，Q＝1.0m3/s，H＝0.4m正確答案：A參考解析：矩形斷面渠道臨界水深計(jì)算公式為：式中，q＝Q/b為單寬流量，動(dòng)能校正系數(shù)α取1.0。A項(xiàng)，臨界水深為：H＜hc，為急流。B項(xiàng)，臨界水深為：H＞hc，為緩流。C項(xiàng)，臨界水深為：H＞hc，為緩流。D項(xiàng)，臨界水深為：H＞hc，為緩流。[單選題]21.一矩形渠道，底寬b＝10m，水深h＝3m，屬于均勻流，糙率n＝0.014，底坡i＝0.001。如流動(dòng)在紊流粗糙區(qū)，則謝才系數(shù)C、流量Q以及該明渠水流的流動(dòng)形態(tài)分別為()。A.C＝65.04m1/2/s，Q＝103.04m3/s，急流B.C＝72.04m1/2/s，Q＝113.04m3/s，緩流C.C＝79.32m1/2/s，Q＝103.04m3/s，緩流D.C＝72.04m1/2/s，Q＝93.04m3/s，急流正確答案：C參考解析：根據(jù)曼寧（R.Manning）公式C＝R1/6/n計(jì)算謝才系數(shù)。式中，n為壁面的粗糙系數(shù)或者糙率，由實(shí)測(cè)得到。過水?dāng)嗝婷娣e為：A＝bh＝10×3＝30（m2）；濕周為：χ＝2h＋b＝2×3＋10＝16m。水力半徑為：R＝A/χ＝30/16＝1.875m。謝才系數(shù)為：渡槽均勻流流量計(jì)算公式為：計(jì)算得渡槽流量為：Q＝30×79.32×（1.875×0.001）1/2＝103.04m3/s。矩形斷面渠道臨界水深計(jì)算公式為：式中，q＝Q/b為單寬流量，動(dòng)能校正系數(shù)α取1.0。由此得臨界水深為：h＞hc，為緩流。[單選題]22.當(dāng)明渠水深h大于臨界水深hC時(shí)，則水流處于______狀態(tài)，此時(shí)弗勞德數(shù)Fr______，下列選項(xiàng)中正確的是()。A.急流，小于1.0B.緩流，小于1.0C.緩流，大于1.0D.急流，大于1.0正確答案：B參考解析：渠道中的水深h與臨界水深hc相比較，可判別明渠水流的流動(dòng)類型，即：①h＞h