2015年秋季水力學(xué)中期試題(帶答案)

1、四 川 大 學(xué) 期 中 考 試 試 題 （2015 2016 年第 一 學(xué)期）課程號(hào)： 課序號(hào)： 課程名稱：水力學(xué) 任課教師： 成績(jī)：適用專業(yè)年級(jí)： 學(xué)生人數(shù)： 印題份數(shù)： 學(xué)號(hào)： 姓名：考試須知四川大學(xué)學(xué)生參加由學(xué)?；蛴蓪W(xué)校承辦的各級(jí)各類考試，必須嚴(yán)格執(zhí)行四川大學(xué)考試工作管理辦法和四川大學(xué)考場(chǎng)規(guī)則。有考試違紀(jì)作弊行為的，一律按照四川大學(xué)學(xué)生考試違紀(jì)作弊處罰條例進(jìn)行處理。四川大學(xué)各級(jí)各類考試的監(jiān)考人員，必須嚴(yán)格執(zhí)行四川大學(xué)考試工作管理辦法、四川大學(xué)考場(chǎng)規(guī)則和四川大學(xué)監(jiān)考人員職責(zé)。有違反學(xué)校有關(guān)規(guī)定的，嚴(yán)格按照四川大學(xué)教學(xué)事故認(rèn)定及處理辦法進(jìn)行處理。一、是非題（正確的劃“”，錯(cuò)誤的劃“×

2、;”）（本大題分15小題，每小題1分，共15分）1、在水力學(xué)中，把液體視為連續(xù)介質(zhì)，在液流中的一切物理量相對(duì)于空間坐標(biāo)或時(shí)間的變化都是連續(xù)的。 （ ）2、液體作層流運(yùn)動(dòng)時(shí),流層之間的內(nèi)摩擦力與液體所承受的壓力有關(guān)。 （ × ）3、質(zhì)量力除用總作用力來(lái)度量外，也常用單位質(zhì)量力來(lái)度量。單位質(zhì)量力和加速度一樣的量綱一樣。 （ ）4、繞中心軸作等角速度旋轉(zhuǎn)的平衡液體，等壓面為拋物面。 （ ）5、液體中靜水壓強(qiáng)沿某一方向的變化率與該方向單位體積上的質(zhì)量力相等。 （ × ）6、傾斜置于靜水水面下的平板，其壓力中心在平板形心點(diǎn)之下。 （ ）7、根據(jù)定義，跡線源自描述液體運(yùn)動(dòng)的拉格朗日法，

3、流線多用于描述液體運(yùn)動(dòng)的歐拉法。 （ ）8、均勻流過(guò)水?dāng)嗝嫔系膭?dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)都是1。 （ ）9、文丘里流量計(jì)測(cè)流量原理是一維恒定總流的動(dòng)量方程。 （ × ）10、液體的粘性和液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是引起液流水頭損失的根源。 （ ）11、根據(jù)雷諾試驗(yàn)的結(jié)果，液流型態(tài)不同，沿程水頭損失的規(guī)律不同。但水流的阻力與液流型態(tài)無(wú)關(guān)。 （ × ）12、湍流中，緊靠固體邊界表明有一層極薄的粘性底層存在，粘性底層內(nèi)為層流。 （ ）13、謝齊公式是基于明渠均勻流的實(shí)測(cè)資料，因此不能用于不同的流態(tài)或流區(qū)。（ × ）14、串聯(lián)管道可以按長(zhǎng)管計(jì)算，也可能按短管計(jì)算。 （ ）1

4、5、明渠均勻流的過(guò)水?dāng)嗝鎽?yīng)與底坡線相垂直，同時(shí)也與水面線相垂直。 （ ）二、選擇題（本大題分10小題，每小題2分，共20分）1、靜止液體中同一點(diǎn)各方向的壓強(qiáng)（ a ）。a 數(shù)值相等 b 大小不等c 水平方向分量數(shù)值相等 d 垂直方向分量數(shù)值相等2、圖示為兩種液體盛于容器中，處于靜止?fàn)顟B(tài)，且密度，則a、b兩測(cè)壓管中的液面相對(duì)位置關(guān)系為（ b ）。a b管高于a管 b a管高于b管c a、b兩管同高 d 與a、b測(cè)壓管管徑有關(guān)3、關(guān)于水流流向問(wèn)題的正確說(shuō)法為（ d ）。a 水流一定從高處向低處流 b水流一定從壓強(qiáng)大處向壓強(qiáng)小處流c 水流一定從流速大處向流速小處流 d 水流一定從機(jī)械能大處向機(jī)械能小

5、處流4、下列各組物理量中，屬于同一量綱的是（ c ）。a 長(zhǎng)度、寬度、動(dòng)力粘度 b 速度、密度、運(yùn)動(dòng)粘度c 水深、管徑、測(cè)壓管水頭 d 密度、重量、加速度5、從作用力角度分析，在下列渠道中能產(chǎn)生均勻流的渠道為（ b ）。a 平坡渠道 b 正坡渠道 c 逆坡渠道 d 非棱柱形正坡渠道6、矩形斷面渠道最小斷面比能與相應(yīng)的臨界水深之比的值為（ b ）。a 2.0 b 3/2 c 2/3 d 1/37、矩形斷面渠道中，水深為1.0m，單寬流量為1m3/(s·m)，則該水流為（ a ）。a 緩流 b 急流 c 臨界流 d 層流8、謝齊系數(shù)與沿程阻力系數(shù)的關(guān)系，下列正確的為（ c ）。a b c

6、 d 9、已知水流的沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)，可判斷該水流屬于（ d ）。a 層流區(qū) b 湍流光滑區(qū) c 湍流過(guò)渡粗糙區(qū) d 湍流粗糙區(qū) 10、公式不能用于（ c ）。a 均勻流 b 急流 c 管流 d 明渠流三、簡(jiǎn)答題（本大題共1小題，共18分）1、圖示a、b、c為三條高程不同的壩身泄水管，其管徑d，長(zhǎng)度l，沿程阻力系數(shù)均相同，試問(wèn)它們的泄流量是否相同，為什么？（6分）答：三條泄水管的泄流量相同。 (2 分)三條泄水管都是淹沒出流，根據(jù)簡(jiǎn)單管道的流量公式:淹沒出流：，因?yàn)閍、b、c三條泄水管的作用水頭h都是上下水位之差，且它們的管徑d，長(zhǎng)度l，沿程阻力系數(shù)均相同，因此流量系數(shù)和斷面面積a也相

7、同，所以三條泄水管的泄流量。 (4 分)2、簡(jiǎn)述尼古拉茲實(shí)驗(yàn)中沿程水力損失系數(shù)的變化規(guī)律。（6分）（1）當(dāng)re<2000時(shí)，沿程阻力系數(shù)l與雷諾數(shù)re的關(guān)系為直線i，與相對(duì)光滑度無(wú)關(guān)，直線代表層流時(shí)沿程阻力系數(shù)的規(guī)律，其方程式為l=64/re（2）當(dāng)2000<re<4000時(shí)，為層流進(jìn)入湍流的過(guò)渡區(qū)，l值僅與re有關(guān)，而與相對(duì)光滑度無(wú)關(guān)。（3）當(dāng)re>4000時(shí)，液流形態(tài)已進(jìn)入湍流，沿程阻力系數(shù)決定于粘性底層厚度d0與絕對(duì)粗糙度d的關(guān)系：當(dāng)re較小時(shí)，粘性底層較厚，可以淹沒d，管壁就是水力光滑管，其沿程阻力系數(shù)l=f(re)，而與d無(wú)關(guān)（直線ii代表光滑管沿程阻力系數(shù)的

8、規(guī)律）直線ii與直線iii之間的區(qū)域?yàn)楣饣苓^(guò)渡到粗糙管的過(guò)渡區(qū)，因雷諾數(shù)的增大，粘性底層相對(duì)減薄，以致不能完全淹沒d，而管壁粗糙度已對(duì)沿程阻力發(fā)生影響，所以沿程阻力系數(shù)l=f(r0/d，re)直線iii以右的區(qū)域，l與r0/d有關(guān)，而與re無(wú)關(guān)，屬于粗糙管區(qū)，此時(shí)管壁粗糙度對(duì)沿程阻力系數(shù)已經(jīng)起主要作用，該區(qū)域水頭損失與平均流速的平方成比例，粗糙管區(qū)常叫阻力平方區(qū)。3、什么叫正常水深？什么叫臨界水深，如何用流速、fr數(shù)、水深判斷水流形態(tài)？（6分）答：正常水深：明渠中水流作均勻流動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的水深，以h0表示；(1 分)臨界水深：指當(dāng)流量一定時(shí)，斷面比能最小值所對(duì)應(yīng)的水深，以hk表示。(1 分)判

9、斷水流形態(tài)的方法：用微波速度vw，當(dāng)vvw時(shí)，水流為緩流；當(dāng)vvw時(shí)，水流為臨界流；當(dāng)vvw時(shí)，水流為急流。 (1.5 分)用弗勞徳數(shù)fr判斷，當(dāng)fr1時(shí)，水流為緩流；當(dāng)fr1時(shí)，水流為臨界流；當(dāng)fr1時(shí)，水流為急流。 (1.5 分)用臨界水深hk判斷，當(dāng)hhk時(shí)，水流為緩流；當(dāng)hhk時(shí)，水流為臨界流；當(dāng)hhk時(shí)，水流為急流。 (1 分)四、作圖題（本大題分3小題，共11分）1、如下圖所示的容器，裝有密度為的水，半圓弧的半徑為r，繪出上的水平壓強(qiáng)分布圖（給出a、b點(diǎn)的大小）及壓力體。（6分）2、定性繪出圖示短管的總水頭線和測(cè)壓管水頭線。(5分)五、計(jì)算題（本大題共4小題，總計(jì)36分）1、圖示一

10、貯水設(shè)備，在c點(diǎn)測(cè)得絕對(duì)壓強(qiáng)p=29430 pa，h=2m，r=0.5m。求半球曲面ab所受到液體的作用力。（球體積公式）。（9分）解：質(zhì)量力只有重力，等壓面仍為水平面將c點(diǎn)的壓強(qiáng)作用等效于高為h的水柱，利用ab的壓力體即可求解。c位于0.5h處。等效水柱高度h=半球ab的壓力體如上圖，所以壓力所以fp=1000×9.81×（1.57-0.262）=12831.48n=12.83kn(方向向上)2、有一傾斜放置的管道，管徑由d1=10cm，突然擴(kuò)大至d2=20cm。試驗(yàn)時(shí)測(cè)得測(cè)壓管1和2中的水位分別為0.5m和0.8m，如圖所示。求管道流量。（建議取動(dòng)能修正系數(shù)為1，突然擴(kuò)

11、大局部水頭損失系數(shù)，a1、a2分別為小管和大管的斷面面積，對(duì)應(yīng)于大管的流速。）(9分)解： （1） （2）突然擴(kuò)大局部水頭損失系數(shù) （3）對(duì)測(cè)壓管1和測(cè)壓管2應(yīng)用伯努利方程有： （4）其中： （5）由連續(xù)性方程有： （6）由已知條件測(cè)壓管1和2中的水位分別為0.5m和0.8m知： （7）（5）（6）（7）代入（4）得=0.99m/s =a2v2=0.0311m3/s3、有一沿鉛垂直立墻壁鋪設(shè)的彎管，如圖。彎頭轉(zhuǎn)角為900，起始斷面1-1與終止斷面2-2間的軸線長(zhǎng)度l為3.14m，兩斷面中心高差z為2m，已知1-1斷面中心處動(dòng)水壓強(qiáng)p1為117.6kn/m2，兩斷面之間的水頭損失hw為0.1m，管徑為0.2m，求當(dāng)管中通過(guò)流量q=0.06m3/s時(shí)，水流對(duì)彎管的作用力。(9分)解：如上圖所示，取漸變流斷面1-1和2-2，以2-2斷面為基準(zhǔn)面，建立如圖坐標(biāo)系，寫1-1和2-2斷面間水流的能量方程： （1）化簡(jiǎn)有： （2）將hw=0.1m,p1=117.6kn/m2代入（2）有：彎頭內(nèi)的水重為：1-1斷面的動(dòng)水總壓力：2-2斷面的動(dòng)水總壓力：x方向的動(dòng)量方程： （3）y方向的動(dòng)量方程： （4）管壁對(duì)水流的總作用力：令作用力f與水平軸x的夾角為，則：tan=fy/fx=0.895, =41°81水流對(duì)管壁的作用力與f大小相等