2015年秋季水力學(xué)中期試題帶答案講解

1、2021年秋季水力學(xué)中期試題帶 答案講解四川大學(xué)期 中測(cè)試試題20212021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：測(cè)試須知四J11大學(xué)學(xué)生參加由學(xué)?；蛴蓪W(xué)校承辦 的各級(jí)各類測(cè)試,必須嚴(yán)格執(zhí)行?四川大學(xué)考 試工作治理方法?和?四川大學(xué)考場(chǎng)規(guī)那么?. 有測(cè)試違紀(jì)作弊行為的,一律根據(jù)?四川大學(xué) 學(xué)生測(cè)試違紀(jì)作弊處分條例?進(jìn)行處理.四川大學(xué)各級(jí)各類測(cè)試的監(jiān)考人員,必須 嚴(yán)格執(zhí)行?四川大學(xué)測(cè)試工作治理方法?、?四 川大學(xué)考場(chǎng)規(guī)那么?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)格根據(jù)?四 川大學(xué)教學(xué)事故認(rèn)定及處

2、理方法?進(jìn)行處理. 一、是非題正確的劃“vf錯(cuò)誤的劃“X 本大題分15小題,每題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.丁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).x 3、質(zhì)量力除用總作用力來度量外,也常用 單位質(zhì)量力來度量.單位質(zhì)量力和加速 度一樣的量綱一樣.丁4、繞中央軸作等角速度旋轉(zhuǎn)的平衡液體, 等壓面為拋物面.v 5、液體中靜水壓強(qiáng)沿某一方向的變化率與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.v 7、根據(jù)定義,跡線源自描述液體運(yùn)動(dòng)的拉 格朗日法,流線多用于描述液體運(yùn)動(dòng)的歐拉法8

3、、均勻流過水?dāng)嗝嫔系膭?dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)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.X 10、液體的粘性和液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)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)無關(guān).(X )12、湍流中,緊靠固體邊界說明有一層極薄的13、謝齊公式是基于明渠均勻流的實(shí)測(cè)資14、串聯(lián)管道可以按長(zhǎng)管計(jì)算,也可能按短管計(jì)算., 15、明渠均勻流的過水?dāng)嗝鎽?yīng)與底坡線相垂二、選擇題本大題分10小題,每題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)?

4、態(tài),且密度2 1,那么A、B兩測(cè)壓管中的液 面相對(duì)位置關(guān)系為B .A BA 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)于水流流向問題的正確說法為 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)械能小處流4、以下各組物理量中,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、加諫度5、從作用力角度分析,在以下渠道中能產(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 解塞形斷、面渠道最少斷

5、聞比能 與相應(yīng)的臨 界水深hk之比Esm"hk的值為B .A 2.0B 3/2C 2/3D 1/37、矩形斷面渠道中,水深為1.0m,單寬流量 為1m3/s - m,那么該水流為 A .A緩流 B 急流 C 臨界流D層流8、謝齊系數(shù)c與沿程阻力系數(shù) 的關(guān)系,以下 正確的為C .A 8g / CB8g CC 8g C2D8g/C29、水流的沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Re無關(guān),可判斷該水流屬于D .A 層流區(qū)B湍流光滑區(qū)C 湍流過渡粗糙區(qū)D湍流粗糙區(qū)10、公,v標(biāo)不能用于C .A均勻流B急流C管流 D 明渠流三、簡(jiǎn)做題本大題共1小題,共18分K管鳳分圖示A、B、C為三條高程不同的壩身泄水 其管

6、徑d,長(zhǎng)度L,沿程阻力系數(shù)人均相 試問它們的泄流量是否相同,為什么 6答：三條泄水管的泄流量相同.2分一,一口 q告 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：Q A師,由于A、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)人均相同,因此流量系數(shù)n和斷面面 積A也相同,所以三條泄水管的泄流量Q Q Q. 4 分2、簡(jiǎn)述尼古拉茲實(shí)驗(yàn)中沿程水力損失系數(shù)人 的變化規(guī)律.6分1當(dāng)Re<2000時(shí),沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系為直線I,與相對(duì)光滑度無關(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=64/Re(2)當(dāng)2000<

7、;Re<4000時(shí),為層流進(jìn)入湍流 的過渡區(qū), 值僅與Re有關(guān),而與相對(duì)光滑 度無關(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0與絕對(duì)粗糙度的關(guān)系：當(dāng)Re較小時(shí),粘性底層較厚,可以淹沒 , 管壁就是水力光滑管,其沿程阻力系數(shù)=f(Re),而與無關(guān)(直線II代表光滑管沿 程阻力系數(shù)的規(guī)律)直線II與直線III之間的區(qū)域?yàn)楣饣苓^渡 到粗糙管的過渡區(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,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)=f(r 0/ , Re)直線III以右的區(qū)域, 與r0/有關(guān),而與Re無關(guān),屬于粗糙管區(qū),

8、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M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 判斷水流形態(tài)的方法：用微波速度 Vw , 當(dāng)VVVw時(shí),水流為緩流；當(dāng)V= Vw時(shí), 水流為臨界流；當(dāng)V>Vw時(shí)水流為急流.1.5 分用弗勞德數(shù)Fr判斷,當(dāng)Frv1時(shí),水流 為緩流；當(dāng)Fr = 1時(shí),水流為臨界流；當(dāng) Fr>1時(shí),水流為急流. 1.5分 用臨界

9、水深hK判斷,當(dāng)h>hK時(shí),水流 為緩流；當(dāng)h=hK時(shí),水流為臨界流；當(dāng) hvhK時(shí)水流為急流.1分四、作圖題本大題分3小題,共11分1、如以下圖所示的容器,裝有密度為的水,半 圓弧AC的半徑為 R,繪出Ba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BC 二"'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、圖示一貯水設(shè)備,在 C點(diǎn)測(cè)得絕對(duì)壓強(qiáng) p=29430 Pa, h=2mR=0.5m.求半球曲面AB所受到液體的作用力.球體積公式V球 4 R3.9 分3r?p0.5h rC解：質(zhì)量力只有重力,等壓面仍為水平面將C點(diǎn)

10、的壓強(qiáng)作用等效于高為 H的水柱,利等效水柱高度H=pg福七81 3m半球AB的壓力體如上圖,所以壓力Fpgvpgv四柱 4卡22_2“柱R H - 0.5h =3.14 0.5 3 0.5 2 1.57m2 Y 232V球R33.14 0.5 3 0.262m2,33所以 Fp=1000X9.81X 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,忽然擴(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,如下圖.求管道流量Q.建議取動(dòng)能修正系數(shù)為1,突 然擴(kuò)大局部水頭損失系數(shù)4/A 12, Ai、A2分別為

11、小管和大管的斷面面積,對(duì)應(yīng)于大管的流速.9分解：(DA ( d12) / 40.00785 m2A ( d22) / 40.03142m2(2)、一2忽然擴(kuò)大局部水頭損失系數(shù)A2 / A 19.015(3)對(duì)測(cè)壓管1和測(cè)壓管2應(yīng)用伯努利方程有:2P1V1g2gZ2P2g2V22g其中：兒2V22g(4)(5)(6)由連續(xù)性方程va由條件 測(cè)壓管1和2中的水位分別為0.5m和0.8m 知：Z2 與(Z1 今)0.3 g g(5) (6) (7)代入(4)得V) =0.99m/sq=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-

12、2 間的軸線長(zhǎng)度L為3.14m,兩斷面中央高差Z 為2m,1-1斷面中央處動(dòng)水壓強(qiáng) pi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)管中通過流量 Q=0.06m3/s時(shí),水流對(duì)彎管的作用力.9分1 122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)一2一2Z P1V 0 P2Vh g 2gg 2g化簡(jiǎn)有：與Z吃兒 gg將 hw=0.1m,pi=117.6kN/m2代入(2)有:P2g( Zp1hw)10009.8(2g1176000.1)9.81000136.2 kN / m

13、彎頭內(nèi)的水重為:G gVgLg； d29.83.143：40.2 20.98 kN1-1斷面的動(dòng)水總壓力：P p11d2117.63-023.7 kN442-2斷面的動(dòng)水總壓力：c1123.140.2 24.28 kNF2 p2 - d2136.222 44X方向的動(dòng)量方程:Q0 v)P1Fx（3）FxP1 Q v 3.7 1 1 0.06 1.913.815 kNY方向的動(dòng)量方程：Q V 0 P2 G Fy（4）Fy G P2Q v 0.98 4.28 1 1 0.06 1.913.415kN管壁對(duì)水流的總作用力：F fx2 Fy23.8152 3.4152 5.12 kN令作用力f與水平軸x的夾角為e,那么：tan 0 =Fy/Fx=0.895, 0 =41° 81'水流對(duì)管壁的作用力與F大小相等,方向