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水力学试题与答案

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(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/m,则该点的相对压强为

a、1kN/mb、2kN/mc、5kN/md、10kN/m 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

22222

c=1000m/s,水击压强水头H=250m,则管道中原来的流速v0为

a、1.mb、2.0mc、2.45md、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=1.5m/s,已知渠中某处水深h=0.4m,则该处水流的流态为H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

3

(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 (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/m,则该点的相对压强为kN/m,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Fr1。

(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。

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(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vm=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=f(;1Re)R过渡区λ=f2(Re,);粗糙区λ=f3(),紊流粗糙区又称为阻力平方区。

v4)为什么舍齐公式只适用于阻力平方区?CRi( R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)

v=测压管水头线 总水头线 v=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=50m,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

lv2Hhw()4R2g(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  v4.16m/s , QvA2.662m3/s(5分) 3即倒虹吸管内通过的流量为2.662m/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=5.5m。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=4.9Ncm2。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 vH000020.5(52g2分) 求得喷嘴出口流速和流量为v22g59.9ms 3Qv2A20.000314ms(1.5分) 橡胶管道内的流速为

v3Q0.706msA3 (1分)

对于喷嘴建立x方向的动量方程p3A3RQ(v2xv3x)Rp3A3Q(v2v3)187.79N(6.5

分)

水流对喷嘴冲击力为RR即为手握喷嘴所需之力。(1分) (3)有一梯形渠道,底宽b=10m,水深h=3m,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Abhmh239m2(1.5分) 湿周xb21m2h18.49m(1.5分) 水力半径RA2.11m(1分) x1116R80.90m2/s(2n舍齐系数C分) 通过的流量Q=AC(Ri)=144.93m/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=265m/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,

3

0.53q=Q/B=265/18=14.72m3/sm

hk3q214.7222.81m g9.83因为收缩断面水深hc=1.1m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的共轭水深hc\"

hcq2hc\"=2(18ghc31)

1.114.722=2(189.81.131)=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=jhc\"-ht=1.055.81–4.7=1.40m

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