水力学试题(1)

1、选择题：（每小题2分）

（1）在水力学中，单位质量力是指（   ）

     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。

     答案：c

（2）在平衡液体中，质量力与等压面（   ）

     a、重合；     b、平行     c、相交；     d、正交。

     答案：d

（3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为

a、1 kN/m2     b、2 kN/m2     c、5 kN/m2     d、10 kN/m2

答案：b

（4）水力学中的一维流动是指（   ）

     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。

     答案：d

（5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（   ）

     a、8；     b、4；     c、2；     d、1。

     答案：b

（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

     a、层流区；  b、紊流光滑区；  c、紊流过渡粗糙区；  d、紊流粗糙区

     答案： c

（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

     a、1.54m      b 、2.0m       c 、2.45m       d、3.22m

答案：c

（8）在明渠中不可以发生的流动是（          ）

     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。

     答案：c

（9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（          ）。

     a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。

     答案：b

（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

a、缓流； b、急流； c、临界流；

答案：b

（11）闸孔出流的流量Q与闸前水头的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）渗流研究的对象是（          ）的运动规律。

     a、重力水； b、毛细水； c、气态水； d、薄膜水。

     答案：a

（13）测量水槽中某点水流流速的仪器有

     a、文丘里计      b、毕托管      c、测压管     d、薄壁堰

     答案：b

（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

a、1米，λQ =1000；    b、10米，λQ =100； 

c、1米，λQ =100000；   d、10米，λQ =100000。

      答案：d

   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。           （    ）

     答案：错误

（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。                 （    ）

     答案：错误

（3）水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。                     （    ）

     答案：错误

（4）粘滞性是液体产生水头损失的内因。                           （    ）

     答案：正确

（5）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。                    （    ）

     答案：正确

（6）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。                        （    ）

     答案：错误

（7）矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。                        （    ）

     答案：正确

（8）断面比能沿流程总是减小的。                                （    ）

     答案：错误

（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。（    ）

     答案：错误

（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。 (    )

     答案：正确 

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Fr1。

（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（   ），紊流粗糙区又称为阻力平方区。

（4）为什么舍齐公式           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)

解：

（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. 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=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水力摩擦系数λ=0.024，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   

                   (5分)      

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

              (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 = 4.9Ncm2。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

                           (5分)

求得喷嘴出口流速和流量为   

                                  (1.5分)  

橡胶管道内的流速为                                  

                                         (1分)

对于喷嘴建立x方向的动量方程

                              N                   (6.5分)    

  水流对喷嘴冲击力为  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 = 0.014，底坡i=0.001。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        m2                    (1.5分)  

湿周           m           (1.5分)   

 水力半径         m                        (1分)     

 舍齐系数                       (2分)     

通过的流量       Q = AC (R i)0.5 = 144.93 m3/s              (3分)

（4）某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽B＝18m，流量Q＝265m3/s，坝下收缩断面处水深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

          m

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的共軛水深hc"

hc"＝ 

＝＝5.81m

因为   hc"  ht ，该水跃为远驱水跃。

3）溢流坝下游发生远驱水跃，需要修建消力池。

估算消力池深d，取水跃淹没系数 j ＝1.05

则池深约为   d = j hc"- ht =1.055.81 – 4.7 = 1.40 m