水力學作業(yè)1——4作業(yè)與答案

1、水力學作業(yè)1(第1、2章)一、 單項選擇題 （每小題3分，共計12分）1.靜止液體中同一點各方向的靜水壓強 （ a ） a 、大小相等; b 、大小不等; c、僅水平方向數(shù)值相等; d、鉛直方向數(shù)值為最大 。2.在平衡液體中，質量力與等壓面 （ d ） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。3.液體只受重力作用，則靜止液體中的等壓面是 （ b ） a、任意曲面； b、水平面 c、斜平面； d、旋轉拋物面。4.液體中某點的絕對壓強為88kN/m2，則該點的相對壓強為 （ b ）a、10 kN/m2 b、-10kN/m2 c、12 kN/m2 d、-12 kN/m2二、 填空題 （每小題3分

2、，共計9分）1.牛頓內摩擦定律適用的條件是 層流運動 和 牛頓流體 。2.液體中某點的相對壓強值為20kN/m2，則該點的絕對壓強值為 118 kN/m2，真空度為 不存在 。3.當壓力體與受壓面位于同一側，則鉛垂方向作用力的方向是向 下 。三、 判斷題 （每小題3分，共計9分）1.理想液體是不考慮液體粘滯性的理想化的液體。 （）2.圖中矩形面板上的靜水總壓力作用點D與受壓面的形心點 C重合。 （×） 3.靜止液體內任何一點的測壓管水頭等于常數(shù)。 （×）四、 問答題 （每小題5分，共計10分）1.液體的基本特征是什么？答：液體的基本特征是易流動、不易被壓縮、均勻等向的連續(xù)介

3、質。2.什么是液體的粘滯性？它對液體運動有什么影響？答：對于流動的液體，如果液體內部的質點之間存在相對運動，那么液體質點之間也要產生摩擦力來反抗這種相對運動的發(fā)生，我們把液體的這種特性稱為粘滯性；由于粘滯性的存在，液體在運動過程中要克服粘滯助力作功而消耗能量，所以粘滯性是液體在流動過程中產生能量損失的根源。五、 作圖題（每小題5分，共計10分）1.試繪制圖中AB面上的靜水壓強分布圖2.試繪制圖中曲面ABC上的水平方向靜水壓強分布圖及壓力體圖 題 5 1 題 5 - 2六、 計算題 （共4題，計50分）1. 如圖所示，平板在水面上作水平運動，速度為v=10cm/s，平板與下部固定底板的距離為=1

4、mm，平板帶動水流運動速度呈直線分布，水溫為20C，試求：作用平板單位面積上的摩擦力。 （12分） 解:因為水流運動速度呈直線分布，則流速梯度為常數(shù)，即：du/dy=0.1/0.001=100查表1-1，溫度為20時水的動力粘滯系數(shù)為：=1.002×10-3N·s/m2根據(jù)牛頓內摩擦定律，平板單位面積上的摩擦力為：=×（du/dy）=1.002×10-3×100=0.1002N2. 圖示為復式比壓計，各點的高度如圖所示，已知油的密度為油=800kg/m3，水銀的密度為水的密度13.6倍，求A，B兩點的壓強差。 （12分） 解:圖中等壓面為C-C

5、，D-D，E-E。計算如下：PC=PA+水g×0.5PD=PC 汞g×0.2PE=PD +油g×0.3PB=PE 水g×0.6汞g×0.4PB= PA+水g×0.5汞g×0.2+油g×0.3 水g×0.6汞g×0.4PAPB=水g×0.1+汞g×0.6油g×0.3=1×9.8×0.1+13.6×1×9.8×0.60.8×9.8×0.3=78.596KN/m23. 如圖所示矩形擋水閘AB，已知水深h

6、=3 m，板的寬b2.5m，求作用在矩形平板AB上的靜水總壓力大小以及作用點處的水深。 （12分）解: 依題意作用在閘門AB上的靜水總壓力FP應為：Fp=pcA=ghcA=pg(h/2)×hb=1/2×pgh2b=1/2×1×9.8×32×2.5=110.25KN靜水總壓力Fp的作用點為：即總壓力的作用點位于水面下2米處。 4. 圖示為溢流壩上的弧型閘門。已知R=6m，弧門寬B=5m，=60°，試求：（1）作 用在弧型閘門上的靜水總壓力。 （10分）（2）靜水總壓力作用點hD的位置。（4分）解：（1）計算水平分力：計算垂直分

7、力：垂直分力等于壓力體eabB的水重。長方形abce面積=ae×ec=4×(6 - 6×cos60o)=12m2扇形eoB的面積=(60/360) ××R2=(1/6) ×3.14×62=18.84 m2三角形coB的面積=(1/2) ×Bc×co=(1/2) ×6sin60o×6cos60o=7.79 m2壓力體eabB的體積=（12+18.84 - 7.79）×5 =115.25m3所以，垂直分力Fpz = pgv = 1×9.8×115.25=112

8、9.5KN（反向向上）閘門上的靜水總壓力（2）Fp和水平線的夾角為，=33.90o因為曲面是圓柱面的一部分，各點壓強都垂直于圓柱面，且同通過圓心O點，所以總壓力Fp的作用線必通過O點，F(xiàn)p的作用點距水平面的距離：hD=4+Rsin=4+6sin33.90o=7.35m電大天堂【水力學（B）】形考作業(yè)二： (第3、4章)一、 單項選擇題 （每小題2分，共計10分）1、紊流粗糙區(qū)的水頭損失與流速成 （ b ） a、一次方關系； b、二次方關系； c、1.752.0次方關系；d、不能確定2、已知液體流動的沿程水頭損失系數(shù)與邊壁粗糙度和雷諾數(shù)Re都有關，即可以判斷該液體流動屬于 （ c ） a、層流區(qū)

9、； b、紊流光滑區(qū)； c、紊流過渡粗糙區(qū)； d、紊流粗糙區(qū)3、有壓管道的管徑d與管流水力半徑的比值d /R =（ b ） a、8 b、4 c、2 d、1 4、已知突擴前后有壓管道的直徑之比d1/d2 =1：2，則突擴前后斷面的雷諾數(shù)之比為 （ a ）a、2 b、1 c、0.5 d、0.255、層流斷面流速分布規(guī)律符合 （ c ）a 、對數(shù)分布； b 直線分布； c、拋物線分布； d、 橢圓分布 。二、 填空題 （每小題2分，共計8分）1、恒定流時流線與跡線 重合 。2、實際液體在流動時產生水頭損失的內因是 液體的粘滯性 ，外因是 邊界條件的影響 。3、雷諾試驗揭示了液體存在_層流_和_紊流 _

10、兩種流態(tài)，并可用 臨界雷諾數(shù) 來判別液流的流態(tài)。4、在等直徑長直管道中，液體的溫度不變，當流量逐漸增大，管道內的雷諾數(shù)Re將逐漸 增大 。三、 判斷題 （每小題2分，共計16分）1、根據(jù)連續(xù)性方程，流速與過流斷面面積成正比。 （×）2、水流總是從壓強大的地方向壓強小的地方流動。 （×） 3、只有過水斷面上各點流速相等的流動才是均勻流 （×） 4、均勻流與漸變流一定是恒定流，急變流一定是非恒定流。 （×） 5、判別圓管水流是層流或紊流流態(tài)的臨界雷諾數(shù)Re為2000。 （）6、層流一定是均勻流，紊流一定是非均勻流。 （×）7、根據(jù)達西公式hf =，

11、層流沿程水頭損失與流速平方成正比。（×）8、紊流粗糙區(qū)的沿程水頭損失系數(shù)只與雷諾數(shù)有關。 （×）四、 問答題 （每小題5分，共計10分）1、 有人說“均勻流一定是恒定流”，這種說法是否正確？為什么？答：這種說法是錯誤的，均勻流不一定是恒定流。因均勻流是相對于空間而言，即運動要素沿流程不變，而恒定流是相對于時間而言，即運動要素不隨時間而變。兩者判別標準不同。2、 根據(jù)尼古拉茲實驗，簡單敘述沿程水頭損失系數(shù)在不同流態(tài)的變化規(guī)律。答：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)=f1（Re）； 過渡區(qū)=f2

12、（Re，/d）；粗糙區(qū)=f3（/d），紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。五、 計算題 （共5題，計56分）1、 管道直徑 d = 10 mm，通過流量 Q = 20 cm3/s，運動粘度= 0.0101 cm2/s。問管中水流流態(tài)屬層流還是紊流？若將直徑改為 d = 30 mm，水溫、流量不變，問管中水流屬何種流態(tài)？ （8分） 解：（1）運動粘度= 0.0101 cm2/s，而管道截面積A=d2/4，=Q/A，則管道流動的雷諾數(shù)：管道水流為紊流。（2）管道流動的雷諾數(shù)，故可知水溫、流量不變，管徑擴大3倍后的雷諾數(shù)將直徑改為 d = 30 mm，水溫、流量不變，管中水流是層流。 2、圖示水箱一側有一向

13、上開口的短管，箱內水位恒定，水通過管嘴向上噴射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5 m，管嘴局部水頭損失系數(shù)=0.2，取動能校正系數(shù)=1。求管嘴的出流速度v及此射流達到的高度z。 （ 12分） 解：（1）以管嘴出口為基準面，對水面1和管嘴出口2列能量方程，得：由h=5 m，=0.2，=1得=9.04m/s(2) 以管嘴出口為基準面，管嘴出口2和水面3列能量方程，得：由=9.04m/s，=1得3 、已知如圖所示的文丘里管流量計，管的直徑d1 =5cm，d2=2cm，1斷面與喉管斷面的測壓管水頭差為h =5cm ，如果文丘里管流量計流量修正系數(shù)=0.98，求管路中通過流量Q為多少？（不計水頭損失）

14、（12分）解：計算文丘里管常數(shù)：管路中通過的流量：4、某水平管路的直徑d1=7.5cm，管內流速v1=0.70m/s，管路末端接一漸縮噴嘴通入大氣（如圖）。噴嘴出口直徑d2=2.0cm，用壓力表測得管路與噴嘴接頭處壓強p=49kN/m2，求水流對噴嘴的水平作用力F（取動量校正系數(shù)為1） （12分）解：取管路1-1斷面和管嘴2-2斷面為計算斷面，根據(jù)連續(xù)方程得：對噴嘴建立x方向的動量方程，=1得：pA1 F=Q(v2x v1x)F= pA1 Q(v2 v1)=49×(1/4) ×3.14×0.0752 - 1×1×0.0031×(2.6

15、25-0.7)=0.21KN水流對噴嘴的水平作用力F與F大小相等，方向相反。5、有一漿砌塊石的矩形斷面渠道，寬b = 6m，當Q = 14.0m3/s時，渠中均勻水深h = 2m，糙率n = 0.025，試求500m長渠道中的沿程水頭損失。 （12分）解：計算渠道斷面水力要素：過流斷面面積A=bh=6×2=12m2濕周=b+2h=6+2×2=10m水力半徑根據(jù)舍齊公式，沿程水頭損失：電大天堂【水力學（B）】形考作業(yè)三： (第5、6、7章)一、單項選擇題 （每小題2分，共計10分） 1、 根據(jù)管道水頭損失計算方法的不同，管道可以分為（ a）a、 長管，短管； b、復雜管道，簡

16、單管道； c、并聯(lián)管道，串聯(lián)管道； 2、矩形水力最佳斷面的寬深比= （ b ） a、1； b、2； c、3； d、4 3、在緩坡明渠中不可以發(fā)生的流動是 （ b ） a、均勻緩流； b、均勻急流； c、非均勻緩流； d、非均勻急流。 4、長管的總水頭線與測壓管水頭線 （ b ）b、 重合； b、相平行的直線； c、相平行呈階梯狀。 5、水流在明渠中的流態(tài)為緩流時，其水深h> hk，弗汝德數(shù)Fr_1。（ c ）a、< ，< ； b、< ，> ； c、 > ，< ； d、> ，>。 二、填空題 （每小題2分，共計4分）1、在水擊計算中閥門關閉的

17、時間Ts < 水擊相長Tr的水擊，稱為 直接 水擊，把Ts > Tr的水擊稱為 間接 水擊。2、a2型水面曲線是發(fā)生在 陡 坡上的 急 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）三、判斷題 （每小題2分，共計12分）1、水泵的揚程就是指提水的高程。 （× ）2、同樣條件下直接水擊比間接水擊更不安全。 （ ）3、在正坡非棱柱渠道內可以形成均勻流。 （× ）4、在流量和渠道斷面形狀一定的條件下，水躍的躍后水深隨躍前水深的增大而增大。 （× ）5、斷面比能沿流程總是減小的。 （× ） 6、陡坡渠道中產生均勻流必定

18、是急流，緩坡上出現(xiàn)均勻流必為緩流。（ ）四、問答題 （每小題4分，共計8分）1、 簡述明渠均勻流的特征。書本P148面2、判別明渠水流的流態(tài)有哪幾種方法？答：有四種方法：（1）用弗德德數(shù)判別（2）用微波波速判別（3）用臨界水深判別（4）用臨界流速判別五、作圖題 （共2題，計8分）1、定性繪出圖示管道（短管）的總水頭線和測壓管水頭線。 2、 定性繪出圖示棱柱形明渠內的水面曲線，并注明曲線名稱及流態(tài)。(各渠段均充分長，各段糙率相同) (a) (b)七、 計算題 （共6題，計58分）1、圖示用直徑d = 0.4m的鋼筋混凝土虹吸管從河道向灌溉渠道引水，河道水位為120m，灌溉渠道水位118m，虹吸管

19、各段長度為l1 = 10m，l2 =5m， l3 =12m，虹吸管進口安裝無底閥的濾網（= 2.5）,管道有兩個60o的折角彎管（=0.55）。 （12分）求：（1）通過虹吸管的流量。 （2）當虹吸管內最大允許真空值hv =7.0m時，虹吸管的最大安裝高度。 解： （1）虹吸管的出口淹沒在水面以下，當不計行近流速時，可按照淹沒出流公式來計算流量。先計算管道流量系數(shù)：虹吸管的流量：（2）虹吸管的最大真空發(fā)生在管道的最高位置。即BB斷面。以上游河面為基準面，對斷面00和斷面BB建立能量方程：其中，v=Q/A=0.35/(3.14×0.22)=2.79m/s，取=1.0，v00，代入得則：

20、式中是斷面BB的真空值，它滿足故虹吸管的最大安裝高度：2、底寬b = 1.5 m的矩形明渠，通過的流量為Q = 1.5 m3/s，已知渠中的水深h = 0.4 m，則判斷該處水流的流態(tài)。 （7分）解：求臨界水深hk：q=Q/b=1.5/1.5m3 (s·m)= 1m3 (s·m)用臨界水深判別：ho<hk，所以該處水流的急流。3、已知底寬為b = 6m的矩形渠道中，臨界水深為hk =1.37m，求渠道內通過的流量Q。 （7分）解：根據(jù)矩形斷面明渠臨界水深公式，求矩形斷面的單寬流量：q=5.021m3 (s·m)所以，Q=qb=5.02×6=30.1

21、2m3/s4、有一混凝土護面的梯形渠道，底寬b =10 m，正常水深 h = 3 m，邊坡為 1:1，底坡 i =0.001，糙率 n = 0.014。如流動在紊流粗糙區(qū) ，求謝才系數(shù)C和均勻流的Q流量。 （10分）解：計算梯形斷面的水力要素：A=(b+mh)h=(10+1×3) ×3=39m2R=A/=2.11m故，5、有一矩形斷面混凝土渡槽(n=0.014)，底寬b1.5m,槽長L116.5m。進口處槽底高程=52.06m，當通過設計流量Q7.65m3/s時，槽中均勻流水深h0=1.7m，試求渡槽出口的底高程2？ （10分）解：計算矩形斷面的水力要素：渡槽斷面面積：A=

22、bh0=1.5×1.7=2.55m2濕周：x =b+2 h0=1.5+2×1.7=4.9m水力半徑：R=A/x=0.52舍棄系數(shù)：根據(jù)明渠均勻流公式，計算ii=Q2/A2C2R= 7.652/2×2.552×0.52=0.0042=52.060.0042×116.5=51.57m6、在矩形斷面水平渠道中設一平板閘門，如圖所示，閘門與渠道同為寬度b = 4m，閘孔出流量Q = 12m3/s，閘下收縮斷面水深hc =0.4m，產生水躍與下游水流銜接，下游水深ht =1.4m，求躍前水深并判別水躍發(fā)生的位置。 （12分）解：（1）躍前水深求臨界水深h

23、k因為ht>hk，所以下游水流是緩流。根據(jù)能量方程，以渠道底為基準面，對斷面1 1和t t建立能量方程。忽略行進水頭，則=0，取，不計水頭損失。求得H=1.6m.（2）判別水躍發(fā)生的位置先求收縮斷面水深hc的共軛水深hc 因為ht< hc，為遠驅式水躍銜接，水躍發(fā)生在ht的共軛水深處ht電大天堂【水力學（B）】形考作業(yè)四： (第7、8章)一、單項選擇題 （每小題2分，共計16分）1、閘孔出流的流量與閘前水頭的（ d ）成正比。 a、1次方 b、2次方 c、3/2次方 d、1/2次方2、溢流堰的過堰流量與堰頂水頭的（ c ）次方成正比。 a、1次方 b、2次方 c、3/2次方 d、1

24、/2次方3、底流式消能池中產生的水躍應該是 ( a )a、遠離式水躍， b、臨界水躍 ， c、強淹沒水躍 ， d、淹沒系數(shù)為1.051.1的弱淹沒水躍 4、對于底坎為平頂堰的閘孔，相對開度e/H （ a ）時的水流運動為堰流。a、 0.65 b、0.67 c、 0.75 d、2.55、滲流研究的對象是（ a ）的運動規(guī)律。 a、重力水； b、毛細水； c、氣態(tài)水； d、薄膜水。6、按重力相似準則設計的水力學模型，長度比尺L=100，模型中水深為0.1米，則原型中對應點水深為和流量比尺為（ d ）a、 1米，Q =1000； b、10米，Q =100； c、 1米，Q =100000； d、10

25、米，Q =100000。7、測量水槽中某點水流流速的儀器有（ b ） a、文丘里計 b、畢托管 c、測壓管 d、薄壁堰8、泄水建筑物下游發(fā)生遠驅水躍，下游收縮斷面水深hc的共軛水深hc _下游河道的水深h t。（ c ） a、< ， b、= ， c、> 。二、判斷題 （每小題2分，共計12分）1、其它條件相同時，實用堰的流量系數(shù)大于寬頂堰的流量系數(shù)。 （ ）2、影響WES實用堰流量系數(shù)的兩個因素是：實際水頭H與設計水頭Hd之比，上游堰高P與設計水頭Hd之比。 （ ）3、底流消能消力池深度是以通過的最大流量作為設計流量的。 （× ）4、滲流達西定律適用的條件是恒定均勻層流滲

26、流，并且無滲透變形。 （ ）5、兩個液流只要在相應點的速度和加速度的大小成比例，則兩個液流就是運動相似的。 （ ）6、棱柱體明渠恒定漸變流的水面曲線有12條，而地下河槽無壓滲流的浸潤曲線只有4條。 （ ）三、問答題 （每小題4分，共計12分） 1、簡述堰的分類和相應的水流運動特征。詳見P206，堰流的分3類：1、薄壁堰流2、實用堰流3、寬頂堰流2、簡述泄水建筑物下游有哪幾種消能形式和它們的特點。詳見P227，泄水建筑物下游有3種消能形式1、底流消能與銜接2、挑流消能與銜接3、面流消能與銜接3、建立滲流模型應遵循哪些原則？詳見P242，（1）（2）（3）（1）通過滲流模型的流量必須和實際滲流的流

27、量相等。（2）對同一作用面，從滲流模型得出的動水壓力，應當和真實滲流動水壓力相等。（3）滲流模型的阻力和實際滲流應相等，也就是說水頭損失應該相等。四、計算題 （共5題，計60分）1、有一5孔WES型實用堰。每孔凈寬b8.0 m，堰高P=50 m，堰頂設計水頭H3.2 m，溢流堰下接遠離式水躍。已知WES型實用堰的設計流量系數(shù)md0.502，側收縮系數(shù)0.96， （10分）（1）求實用堰的設計流量Qd，（2）如果實測堰頂設計水頭H4.0 m，過堰流量Q為500m3/s，試求流量系數(shù)解：（1）P/H=50/3.2=15.61.33是高堰，且溢流堰下接遠離式水躍，為非淹沒，實用堰的流量，s=1，得：Qdsmdnb 1×0.96×0.502×5×8×=488.52m3/s (2)當H4.0 m，Q=500m3/s時，P/H=50/4=15.61.33是高堰，為非淹