水力學模擬試題及答案

1、水力學模擬試題及答案（一）1、選擇題：（每小題 2 分）（1）在水力學中，單位質(zhì)量力是指（）a、單位面積液體受到的質(zhì)量力；b、單位體積液體受到的質(zhì)量力；c、單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力；d、單位重量液體受到的質(zhì)量力。答案： c（2）在平衡液體中，質(zhì)量力與等壓面（）a、重合；b、平行c、相交；d、正交。答案： d（3）液體中某點的絕對壓強為100kN/m2，則該點的相對壓強為a、1 kN/m2、2c、5 kN/m22答案： bb 2 kN/md、 10 kN/m（4）水力學中的一維流動是指（）a、恒定流動；b、均勻流動；c、層流運動；d、運動要素只與一個坐標有關(guān)的流動。答案： d（5）有壓管道的管徑

2、d 與管流水力半徑的比值d /R=（）a、 8；b、4；c、2；（6）已知液體流動的沿程水力摩擦系數(shù)液體流動屬于a、層流區(qū)；b、紊流光滑區(qū)；d、1。答案： b與 邊壁相對粗糙度和雷諾數(shù)Re 都有關(guān)，即可以判斷該c、紊流過渡粗糙區(qū)；d、紊流粗糙區(qū)答案：c（7）突然完全關(guān)閉管道末端的閥門，產(chǎn)生直接水擊。已知水擊波速c=1000m/s，水擊壓強水頭 H= 250m，則管道中原來的流速 v0 為a、 1.54mb 、 2.0mc 、2.45md、3.22m答案： c（8）在明渠中不可以發(fā)生的流動是（）a、恒定均勻流；b、恒定非均勻流；c、非恒定均勻流；d、非恒定非均勻流。答案： c（9）在緩坡明渠中不

3、可以發(fā)生的流動是（）。a、均勻緩流；b、均勻急流；c、非均勻緩流；d、非均勻急流。答案： b（10）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；答案： b（11）閘孔出流的流量Q 與閘前水頭的 H（a、1 次方b、 2 次方c、3/2 次方）成正比。d、1/2次方答案： d（12）滲流研究的對象是（）的運動規(guī)律。a、重力水；b、毛細水；c、氣態(tài)水；d、薄膜水。答案： a（13）測量水槽中某點水流流速的儀器有a、文丘里計b、畢托管c、測壓管d、薄壁堰答案： b（14）按重力相似準則設(shè)計

4、的水力學模型，長度比尺 L=100，模型中水深為 0.1 米，則原型中對應(yīng)點水深為和流量比尺為a、 1 米， Q =1000；b、 10 米， Q =100；c、 1 米， Q =100000；d、10 米， Q =100000。答案： d2、判斷題：（每小題 2 分）（1）任意受壓面上的平均壓強等于該受壓面形心處的壓強。（）答案：錯誤（2）水流總是從壓強大的地方向壓強小的地方流動。（）答案：錯誤（3）水力粗糙管道是表示管道的邊壁比較粗糙。（）答案：錯誤（4）粘滯性是液體產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因。（）答案：正確（5）同樣條件下直接水擊比間接水擊更不安全。（）答案：正確（6）在正坡非棱柱渠道內(nèi)可以形成

5、均勻流。（）答案：錯誤（7）矩形斷面水力最佳斷面的寬深比 =2。（）答案：正確（8）斷面比能沿流程總是減小的。（）答案：錯誤（9）在流量和渠道斷面形式一定的條件下，躍前水深越大，躍后水深也越大。（）答案：錯誤（10）滲流達西定律適用的條件是恒定均勻?qū)恿鳚B流，并且無滲透變形。()答案：正確3、填空題：（每小題 2 4 分）（ 1） 牛頓內(nèi)摩擦定律適用的條件是層流運動 和牛頓液體。（2）液體中某點的絕對壓強為100kN/m2 ， 則 該 點 的 相 對 壓 強 為2 kN/m 2，真空度為不存在 . 。（ 3） 只受重力作用，靜止液體中的等壓面是水平面。（ 4） 實際液體在流動時產(chǎn)生水頭損失的兩個

6、主要原因是液體存在粘滯性，邊界的影響。（ 5） 水流在明渠中的流態(tài)為緩流時，其水深hhk，弗汝德數(shù)Fr。1（填寫 、 、 符號）（ 6） 在流量不變的條件下，水躍的躍前水深越小，則水躍的躍后水深越大。（ 7） 根據(jù)管道水頭損失計算方法的不同，管道可以分為短管和長管。歡迎下載2（ 8） 在水擊計算中閥門關(guān)閉的時間Ts水擊相長 Tr 的水擊，稱為 直接 水擊，把 TsTr 的水擊稱為間接 水擊。(9)a2 型水面曲線是發(fā)生在陡坡坡上的緩流流（指急流或緩流） 的水面線，這時弗汝德數(shù)Fr 沿程減小 （指增大、減小或不變）(10) 溢流堰的過堰流量與堰頂水頭的3/2 次方成正比。h（11） 泄水建筑物下

7、游發(fā)生遠驅(qū)水躍時，下游收縮斷面水深的共軛水深chcht(ht 為下游河道的水深，填寫、 符號)答案：填寫、符號(12) 按重力相似準則設(shè)計的溢流壩水力模型，長度比尺 L =25，當模型中某點的流速為 v m= o.8m/s，則原型中對應(yīng)點的流速為 vp= 4 m/s 。4、問答題：（每小題 3 4 分）（1）什么是理想液體？為什么要引入理想液體的概念？答案：理想液體是指沒有粘滯性的液體。實際液體都具有粘滯性，在液體流動時會引起能量損失，給分析液體運動帶來很大困難。為了簡化液體運動的討論， 我們引入了理想液體的概念， 忽略液體的粘滯性， 分析其運動規(guī)律， 然后再考慮粘滯性影響進行修正， 可以得到

8、實際水流的運動規(guī)律， 用以解決實際工程問題。 這是水力學重要的研究方法。（2）“均勻流一定是恒定流” ，這種說法是否正確？為什么？答案：這種說法錯誤的。均勻是相對于空間分布而言，恒定是相對于時間而言。當流量不變通過一變直徑管道時，雖然是恒定流，但它不是均勻流。（3）簡述尼古拉茲實驗中沿程水力摩擦系數(shù)的變化規(guī)律。答案：通過尼古拉茲實驗可以發(fā)現(xiàn)： 在層流中僅是雷諾數(shù)Re 的函數(shù)并與 Re 成反比；在層流到紊流過渡區(qū)，僅是 Re 的函數(shù)；在紊流光滑區(qū) =f 1（ ）；過渡區(qū)=f2（，）；粗糙區(qū) =f3ReRe（），紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。RR（4）為什么舍齊公式v C Ri只適用于阻力平方區(qū)？答

9、案：舍齊公式是根據(jù)明渠均勻流的大量觀察資料總結(jié)的公式，自然界中明渠水流幾乎都處于紊流阻力平方區(qū)，因此該公式只適用于紊流阻力平方區(qū)。（5）流動相似的含義是什么？答案：流動相似包括幾何相似、運動相似和動力相似。其中幾何相似是前提，動力相似是保證，才能實現(xiàn)流動相似。（6）從力學意義上解釋明渠均勻流只能在正坡渠道中產(chǎn)生的原因。答案：均勻流的斷面平均流速水頭和壓強水頭沿程不變，但水流運動總要消耗能量，因此從能量方程來分析，只能消耗位能來克服水流阻力。所以均勻流只能產(chǎn)生在正坡渠道中。（7）分析水面曲線時，如何尋找急流和緩流的控制斷面？答案：急流的控制斷面在上游， 因為外界對急流的干擾不能向上游傳播；緩流的

10、控制斷面在下游，其原因與急流正好相反。（8）在滲流計算中達西定律與杜比公式有何區(qū)別？答案：達西定律適用于任一點的滲流流速 u=kJ，其適用于恒定均勻?qū)恿鳚B流； 而杜比公式是適用于恒定非均勻漸變層流滲流，同一過水斷面上各點的滲流流速都相等且等于v。= kJ歡迎下載35、作圖題：（ 1） 定性繪出圖示管道（短管）的總水頭線和測壓管水頭線。(5 分)v0=0總水頭線測壓管水頭線v0=0解：（2）定性繪出圖示棱柱形明渠內(nèi)的水面曲線，并注明曲線名稱及流態(tài)。(各渠段均充分長，各段糙率相同 )(5 分)Ki 1 <iK2<iKKii3 >iK解：N 1緩流a1緩流Kb1N 1i1<i

11、 KN 3 b2急流i 2 <i KKi3 >i KN 36、計算題：（1） 圖示一跨河倒虹吸管，正方形斷面面積為A= 0.64 m2，長 l =50 m ，兩個30。折角、進口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為1=0.2， 2=0.5， 3=1.0，沿程水力摩擦系數(shù) =0.024，上下游水位差H=3m。求通過的流量Q ?（ 10 分）歡迎下載4解： 按短管計算，取下游水面為基準面，對上下游渠道內(nèi)的計算斷面建立能量方程H hw (l) v 2(5 分)4R2g計算方形管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)RA0.2 2 0.5 1.0 1.90.2m ,將參數(shù)代入上式計算，可以求解得到v

12、 4.16m/s ,Q vA 2.662m 3 /s(5 分)即倒虹吸管內(nèi)通過的流量為2.662m3/s 。（2） 從水箱接一橡膠管道及噴嘴(如圖 )。橡膠管直徑 D=7.5cm，噴嘴出口直徑d=2.0cm。水頭H =5.5 m。由水箱至噴嘴的水頭損失hw = 0.5m。用壓力表測得橡膠管與噴嘴接頭處的壓強p =4.9N cm2。如用手握住噴嘴，需要多大的水平力R，行近流速v0=0，取動能校正系數(shù)和動量校正系數(shù)均為 1。（15 分）解：以過噴嘴中心的水平面為基準面，列水箱漸變流斷面11 和噴嘴出口斷面 2 2 的能量方程2H0 0v2(5 分)0 00.52g求得噴嘴出口流速和流量為v22g

13、5 9.9 msQv 2 A20.000314 m 3(1.5 分)s橡膠管道內(nèi)的流速為v3Q0.706ms(1 分)A3歡迎下載5對于噴嘴建立x 方向的動量方程p3 A3 RQ(v2 xv3 x )R p3 A3Q(v2 v3 ) 187.79 N(6.5 分)水流對噴嘴沖擊力為RR 即為手握噴嘴所需之力。(1 分)（3） 有一梯形渠道，底寬b =10 m，水深 h = 3 m，邊坡為 1:1，糙率 n = 0.014，底坡 i=0.001。如流動在紊流粗糙區(qū)，求通過的流量 Q。(9 分)解：計算渠道斷面水力要素，過流斷面面積Abhmh 239m2(1.5 分)濕周xb 212h18.49

14、m(1.5 分)m水力半徑RA2.11 m(1 分)x舍齊系數(shù)C1 Rn11(2 分)680.90m 2 / s通過的流量Q = AC (R i)0.5 = 144.93 m3 /s(3 分 )（4）某矩形斷面渠道中筑有一溢流壩。已知渠寬B 18m，流量 Q 265m3/s，壩下收縮斷面處水深 hc，當壩下游水深t時，問：( 12分)=1.1mh =4.7m1）壩下游是否發(fā)生水躍？（4 分）2）如發(fā)生水躍，屬于何種形式的水躍？（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)計算臨界水深 hk，判斷收縮斷面和下游水流流態(tài)， q = Q/B =265/18

15、 =14.72 m3/sm3q2314.722hkg2.81 m9.8因為收縮斷面水深hck 為急流，下游水深tk 為緩流，=1.1 m hh =4.7mh所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。2）計算收縮斷面處水深hc 的共軛水深 hc""hc ( 18q21)hc 2ghc3歡迎下載61.114.722 2( 1 89.8 1.13 1) 5.81m因為hc"ht ，該水躍為遠驅(qū)水躍。3）溢流壩下游發(fā)生遠驅(qū)水躍，需要修建消力池。估算消力池深 d，取水躍淹沒系數(shù)j 1.05則池深約為d = j c"th- h =1.05 5.81 4.7 = 1.40 m水力學

16、模擬題 2。一、選擇題（每小題1分，共 5分）1、明渠均勻流可能發(fā)生在： （ B）A、平坡棱柱形渠道；B、順坡棱柱形渠道； C、逆坡棱柱形渠道；D、 都有可能。2、某水庫水深為10m處的絕對壓強為：（ D）A. 10kPa ； B. 98kPa ；C. 147kPa ； D. 196kPa 。3、 在圓管流中，層流的斷面流速分布符合：( C )A 、 均勻規(guī)律； B、直線變化規(guī)律；C 、 拋物線規(guī)律； D、對數(shù)曲線規(guī)律。4、圓柱形外管嘴的正常工作條件是：（ B）A. A.l (3 4） d ， H 09m ；B. B.l (3 4） d ， H 09m ；C. C.l > (3 4)d

17、, H 09m ；D. D.l < (3 4)H 09m。d ,5、粘性液體總水頭線沿程的變化是：（ A ）A. A. 沿程下降 ；B. 沿程上升； C. 保持不變； D. 前三種情況都有可能。二、填空題（每空2 分，共 12 分）1、水力最優(yōu)矩形斷面的寬深比是2，其水力半徑等于水深的一半。2、水的運動粘滯系數(shù)隨溫度的升高而_降低 _，它的單位是m 2/s。3、紊流時粘性底層厚度隨雷諾數(shù)的增加而減小。4、明渠均勻流的水深 和斷面平均速度等物理量沿程不變。5、在流量一定， 渠道斷面的形狀、 尺寸和壁面粗糙一定時，隨底坡的增大， 正常水深將減小，臨界水深將不變。6、由于薄壁堰具有穩(wěn)定的流量和

18、 水頭關(guān)系，一般多用于實驗室及小河渠的流量測量。三、簡答題（每小題5 分，共 18 分）、試分別說明雷諾數(shù)Re，佛汝德數(shù) Fr 的物理意義及其在水力學中的主要用途？（5 分）：（ 1）雷諾數(shù) Re 的物理意義：它表征液流慣性力與粘滯力的對比關(guān)系，即Rev ?d / v 。在水力學中主要用它來判別液流的型態(tài)是層流還是紊流。佛汝德數(shù) Fr 的物理意義： 它表征液流慣性力與重力兩種作用力的對比關(guān)系。v2Fr2 2g其能量意義是表示過水斷面單位重量液體平均動能與平均勢能之比的二倍開平方，即h 。在水力學中主要用它判別水流的流態(tài)是緩流、臨界流或急流。歡迎下載72、什么是水擊？減小水擊壓強的措施有那些？（

19、5 分）答：壓力管道中，由于管中流速突然變化，引起管中壓強急劇增高（或降低），從而使管道斷面上發(fā)生壓強交替升降的現(xiàn)象，稱為水擊。工程上常常采取以下措施來減小水擊壓強：（一）延長閥門（或?qū)~）的啟閉時間T（二）縮短壓力水管的長度（三）修建調(diào)壓室（四）減小壓力管道中的水流流速v03、“恒定流與非恒定流” ，“均勻流與非均勻流” ，“漸變流與急變流”是如何定義的？（8 分）答：（ 1）沿程水頭損失實測裝置設(shè)備從水位恒定的水塔引出管道，與需要測量水頭損失的新鋼管相聯(lián)，為了便于操作和計算，該管水平放置，兩端各開一個測壓孔，測壓孔直徑d6.0mm左右的測壓管，用橡皮管與壓差計相連接。測壓孔間距L 視采用壓

20、差計類型和測量精度而定，做到讀數(shù)準確，誤差在5以內(nèi)。在測壓孔兩端設(shè) A 、B 兩個閘閥， 控制流量與排氣。 閘閥距測壓孔距離應(yīng)大于 （ 6 10）d，（ d 為新鋼管直徑） ，避免閘閥后旋渦水流對測壓管測流的影響。在管道出口采用重量法或體積法測量流量。也可在管路上裝流量計測量流量。工作原理水塔水位恒定，當閘門開度一定時，管中通過的流量一定，測出流量。管道直徑保持不變，經(jīng)過管道的水流為有壓均勻流，水力坡度與測壓管坡度相等，由壓差計測出壓差經(jīng)簡單換算即得長度為L 的管道的沿程水頭損失，即h fp1 p2z1z21 v12v22p1 p22 g（ 2）沿程阻力系數(shù)在紊流光滑區(qū)的變化規(guī)律大量實驗證明，

21、在紊流光滑區(qū)，沿程阻力系數(shù)只與雷諾數(shù)Re 有關(guān)，與絕對粗糙度無關(guān)。五、計算題（共65 分）1、某有機玻璃矩形斷面明渠，底寬 b0.15m，水深 h 0.065m，渠底坡 i0.02 ，均勻流時測得流量 Q 20L / s ，試求渠道的粗糙系數(shù)n 值。（ 10 分）解：過水斷面面積A bh0.15 0.0650.00975 m 2濕周b2h00.1520.0650.28mRA0.009750.0348m0.28水力半徑2121nA R3 i 20.009750.034830.0220.0085Q0.01732、一矩形斷面渠道，如圖所示。已知閘前水深H 14m ，閘門開啟高度e1m ，渠道底寬 b

22、3m ，閘孔垂直收縮系數(shù)0.62 ，閘門局部水頭損失系數(shù)0.1，兩段渠道的底坡分別為：i10 ，i20.05 ，渠道糙率 n 0.04 ，不計閘前行進流速，試判別第二段渠道中的水流為緩流或急流？并定性繪出兩段渠道中的水面曲線（兩段渠道均充分長）。（提示：能量方程求出流量，在求出臨界水深以及臨界底坡）（ 15分）歡迎下載8解： hce0.6210.62m由能量方程得H hcvc2vc22g2g則vc2 g(Hhc )29.8(140.62)1115.44m / s0.1QAcvchc bvc0.62 315.4428.72m3 / shKQ 228.72 22.11m3332gb29.8臨界水深

23、時所對應(yīng)的個水力要素為：Kb2hK322.117.22m( 3 2.11)cK1RK 61( bhK )6111nnK0.047.22iKgK9.87.220.0394CK2 BK24.462310.5624.46m / s由 于 ii K ， 故 第 二 段 渠 道 為 陡 坡 ， 且 綜 合 分 析 其 水 面 線 為 b2 型 降 水 曲 線 ， hhK , 水 流 為 急流。3、某矩形斷面渠道中筑有一溢流壩。已知渠寬b 18m，流量 Q265m3 / s ，壩下收縮斷面處水深hc1.1m ，當壩下游水深 ht5m 時，試（ 1）判別收縮斷面處和壩下游的流態(tài)？（2）下游是否需要修建消能工

24、？（15 分）qQ26514.72m3 / sm解：（ 1）b183q23 14.7222.81mhKg9.8hc 1.1mhK， ht5mhK ，收縮斷面處為急流，下游水流為緩流，所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。hc"hc (1 8q21)0.6( 1814.7221) 5.81m（ 2）2ghc329.8 1.13歡迎下載9hthc" ，下游發(fā)生遠離式水躍。4、如圖所示為一平面閘門AB ，寬 b5m ，閘門在水深 H8m 下工作。 求閘門所受靜水總壓力的大小和作用點。（ 10 分）PH29.8 822b5 1568KN解：2H82.67me335、圖示一跨河倒虹吸管，管道直

25、徑d1.0m ，管道總長 l50m ，折角、進口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為 1=0.2 ， 2=0.5 ， 3=1.0 ，沿程水頭損失系數(shù)=0.024 ，上下游水位差 H5m ，求通過的流量Q ? 繪制管道的總水頭線和測壓管水頭線（15 分）解：按短管計算110.568c50L0.520.21.00.0241.0dQc A 2gH 0.5681.0229.854.41m 3 / s4歡迎下載10水力學答案一、選擇題（每小題1 分，共5 分）1.B 2.D3.C4.B 5.A二、填空題（每空2 分，共12 分）1、2 ；水深22、降低； m/s3、減小4、水深和斷面平均速度5、減??； 不變6

26、、流量 和 水頭 ；流量三、簡答題（每小題5 分，共 18 分）、答：（ 1）雷諾數(shù) Re 的物理意義：它表征液流慣性力與粘滯力的對比關(guān)系，即Re v ? d / v 。在水力學中主要用它來判別液流的型態(tài)是層流還是紊流。佛汝德數(shù)Fr 的物理意義：它表征液流慣性力與重力兩種作用力的對v2Fr2 2g比關(guān)系。其能量意義是表示過水斷面單位重量液體平均動能與平均勢能之比的二倍開平方，即h 。在水力學中主要用它判別水流的流態(tài)是緩流、臨界流或急流。2、答：壓力管道中，由于管中流速突然變化，引起管中壓強急劇增高（或降低），從而使管道斷面上發(fā)生壓強交替升降的現(xiàn)象，稱為水擊。工程上常常采取以下措施來減小水擊壓強

27、：（一）延長閥門（或?qū)~）的啟閉時間T（二）縮短壓力水管的長度（三）修建調(diào)壓室（四）減小壓力管道中的水流流速v03、答：（ 1）沿程水頭損失實測裝置設(shè)備從水位恒定的水塔引出管道，與需要測量水頭損失的新鋼管相聯(lián)，為了便于操作和計算，該管水平放置，兩端各開一個測壓孔，測壓孔直徑d6.0mm左右的測壓管，用橡皮管與壓差計相連接。測壓孔間距L 視采用壓差計類型和測量精度而定，做到讀數(shù)準確，誤差在5以內(nèi)。在測壓孔兩端設(shè)A 、B 兩個閘閥， 控制流量與排氣。 閘閥距測壓孔距離應(yīng)大于 （ 6 10）d，（ d 為新鋼管直徑） ，避免閘閥后旋渦水流對測壓管測流的影響。在管道出口采用重量法或體積法測量流量。也可在管路上裝流量計測量流量。工作原理水塔水位恒定，當閘門開度一定時，管中通過的流量一定，測出流量。管道直徑保持不變，經(jīng)過管道的水流為有壓均勻流，水