水力学试题与答案

（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