水力學(xué)模擬題及答案

1、word 范文水力學(xué)（二）模擬試題-判斷題：（20 分）1.液體邊界層的厚度總是沿所繞物體的長度減少的。（）2.只要是平面液流即二元流，流函數(shù)都存在。（）3.在落水的過程中，同一水位情況下，非恒定流的水面坡度比恒定流時小，因而其流量亦小。（）4.滲流模型中、過水斷面上各點滲流流速的大小都一樣，任一點的滲流流速將與斷面平均流速相等。（）5.正坡明槽的浸潤線只有兩種形式，且存在于a、c 兩區(qū)。（）6.平面勢流的流函數(shù)與流速勢函數(shù)一樣是一個非調(diào)和函數(shù)。（）7.邊界層內(nèi)的液流型態(tài)只能是紊流。（）8.平面勢流流網(wǎng)就是流線和等勢線正交構(gòu)成的網(wǎng)狀圖形。（）9.達西公式與杜比公式都表明：在過水斷面上各點的慘流

2、流速都與斷面平均流速相等。（）10. 在非恒定流情況下，過水斷面上的水面坡度、流速、流量水位的最大值并不在同一時刻出現(xiàn)。（）填空題:（20 分）1. 流場中，各運動要素的分析方法常在流場中任取一個微小平行六面體來研究，那么微小平行六面體最普遍的運動形式有:，四種。2.土的滲透恃性由：，二方面決疋。3.水擊類型有：，兩類。4.泄水建筑物下游銜接與消能措施主要有三種。5.構(gòu)成液體對所繞物體的阻力的兩部分是：。6.從理論上看，探索液體運動基本規(guī)律的兩種不同的途徑是：5。7.在明渠恒定漸變流的能量方程式：J = JW+JV+Jf中，JV的物理意義4（15 分）.在不可壓縮流場中流函數(shù)“ =kx2-ay

3、2，式中 k 為常數(shù)。試證明流線與等勢線相互垂直。word 范文I解題指導(dǎo)孔流和堰流都是局部流段內(nèi)流線急劇彎曲的急變流，其水力計算的共同特點是能量損 失以局部損失為主， 沿程損失可以忽略。 由于邊界條件、水流條件的差異，其水力計算公式 及式中各系數(shù)的確定方法各不相同。它們反映了孔流和堰流流態(tài)下，水流條件和邊界條件對建筑物過水能力的影響。解題時，首先要分析水流特征、弄清邊界條件并判別流態(tài)及出流方式，然后根據(jù)問題的類型采用相應(yīng)公式求解。現(xiàn)將各種流態(tài)及淹沒界限的判別標準、問題類型等歸納于表 8-1 ,表 8-1孔流、堰流流態(tài)判別及問題類型水流流態(tài)判別標準|淹沒出流判別方法問題類型薄壁小孔口出 流3丄

4、H 10在液面下出流已知4 ,d, H（或 Z）,求Q；已知比d ,Q，求H（或 Z）；已知巴H（或 Z）,求 d；已知d, Q。H（或Z），求卩管嘴出流丨=(3Ll4)dHv9.0m在液面下出流已知巴d,H（或 Z）,求Q；已知4p,d,Q，求H（或Z）； 已知卩p, H（或Z）,Q，求 d；已知d ,Q。H（或Z），求4p閘 孔出 流底坎為 平頂堰e蘭0.65Hh；vt已知b,e,（H0）,卩0，兀,求Q;已知Q,b,e（叫）,求H；已知Q,b,H,（卩0）嚴s,求e;已知Q,Hc,e,求b;說明：已知條件中帶括號 者與待求量有關(guān)，計算 中往往先假定該值，用 試算法求解底孔為 曲線型 堰e

5、0（一般為自由出流情況）矩形薄壁堰和無坎寬頂堰公式形成與式（8-7）略有不同；直角三角形薄壁堰常用 Q=1.4H2.5適1用于 P 2H, B （ 34） H;梯形薄壁堰常用 Q=1.86bH1.5適用于tg二一，b_3H。4水流流態(tài)判別標準淹沒出流判別方法word 范文堰 流 底坎為 平頂堰e一 0.65H薄壁堰6一 0心z/ R 0.7已知 b,(H0),m,(名 ch),求 Q；已知Q,b,m,( g, 6),求 H；已知Q,m,(動,6, H ,求 b；已知 Q,b,H,cTs,求 m實用堰0.67 莎 0亠ZZ剖面- 0.75H寬頂堰2.5H 0.8H。應(yīng)該指出的是，由于本章各種系數(shù)

6、計算的經(jīng)驗公式較多，在進行水力計算時應(yīng)特主意 其適用條件是否相符，以免出錯。n典型例題例 8-1甲、乙兩水箱如例 8-1 圖。甲箱側(cè)壁開有一直徑為100mm 的圓孔與乙箱相通。甲箱底部為 1.8X1.8m 的正方形，水深 H 為 2.5m?？卓谥行木嘞浔诘淖罱嚯xh 為 0.5m。當為恒定流時，問：乙箱無水時，孔口的泄流量為多少？乙箱水深Hb=0.8m 時，孔口泄流量為多少？在甲箱外側(cè)裝一與孔口等徑的35cm 長圓柱形短管時，泄流量又為多少？若管長為 10cm,流量有何變化？當為管嘴出流時，管嘴內(nèi)真空高度為若干？解：(1) 求乙箱無水時孔口的泄流量?？卓诘淖饔盟^為H屮-h =2.0m,d/H

7、=010=0.053d=3x0.1=0.3m ,為完全完善收縮，取；=0.62, = 0.06，貝 V1- 0.97 ,1 0.06- 0.62 0.97 =0.60因A箱=1.81.-83m24廠d2二口40.10m0 0/7箱5 (A),44故可忽略行近流速水頭，即H，得Q “iA、.、2gH0=0.6 0.007852 9.8 2.0 = 0.0295m3/s(2)求當 H2=0.8m 時孔口的泄流量。 因此時為淹沒出流， 且Z=H1 H2=2.5-0.8=1.7m。孔口位置、直徑、邊緣情況均未變，則不變，故Q二A.,2gZ0=0.6 0.00785 ,19.6一1.7 = 0.0272

8、m3/ s(3)求甲箱外側(cè)短管長 丨=35cm,l =10cm的泄流量及管嘴出流時的管內(nèi)真寬度。當I =35cm時，其長度在(34) d=3040cm 之間，為管嘴出流， .如=p0而0.82,于是自由出流時.1 0.5Q-pA. 2gH0=0.82 0.0078519.6 2. 0.0403m3/s淹沒出流時word 范文Q =ipA 2gZ0 =0.82 0.0078519.6 1.7 = 0.0372m3/s當I =10cm時，I =3d =30cm，故仍為孔口出流，泄流量與以上問題(1)、(2)中的結(jié)果完全相同。以箱底為基準面，列 1-1、c-c 斷面的能量方程，得2,P，a0u0小p

9、cacvHa口=0c2 2g2 2c+心g 2g2g令H0=H,ac=1.0,整理上式得h.=Pa- Pc所以=VAC甲 *_廠P.：2gH半2h左(1)-1HPg &將-p=0.82,；=0.62/ =0.06，代入上式，即得真空高度2Pa pc0.82ha c=2(1 0.06) -1 2.0 =1.71mPg0.622顯然，管嘴內(nèi)形成一定的真空高度，增大了作用水頭。故管嘴出流較孔口出流的流量大。例 8-2如例 8-2 圖所示的密閉水箱，已知H=2.5m， h=0.3m，側(cè)壁有孔徑 d=20mm 的圓形薄壁孔口，流量系數(shù) -0.60,Fg=0.1at o求：泄流開始時的泄流量；當箱

10、內(nèi)水深降至 Hi=1.3m 時，欲保持泄流量不變，F(xiàn)0應(yīng)為多少米水柱高？(1)求泄流開始時的泄流量。由題意知，水流為薄壁孔口自由出流_dd0.020.0091 v0.1，為小孔口。H H1-h2.5-0.3選取過孔口中心的水平面為基準面，對斷面列能量方程以代,1-1、C-C2F0aMacvHi-h0=0 0 -:g 2g取ac -1.0。因AgLAc,故-1 -.2- 丄2g2c,故取歸:0,則2g2C2g- c=2g(H1 - h八、2g(H1-hQ= 4二c 2 A 2g(H1 -hPg)word 范文word 范文二5 2g（H h）vPg= 0.6 0.785 0.022. 19.6

11、（2.5一0.3 1）331.49 10 m3/s（2 ）在孔口尺寸及流量系數(shù)一定時，欲使Q 不變，其作用水頭應(yīng)不變，由上可知P。已-h - =3.2m?g即得 匹=3.2-比h =3.2 -1.3 0.3=2.2mH2OPg由本例可見，當箱內(nèi)液面壓強不為大氣壓時，其作用水頭將發(fā)生變化。此時不能套用孔口（或管嘴）出流的計算公式，而應(yīng)直接根據(jù)能量方程式推求其計算式。例 8-3某泄洪閘底坎為直角進口的平頂堰，如例8-3 圖。P=1.0m，孔寬 b=8.0m，共 3孔，閘墩頭部半圓形，邊墩圓弧形，平板閘門控制，下游尾水渠為矩形斷面。試求：h =11.0m,t=6.0m,3 孔閘門開度均為 2m 時的

12、泄流量；若h =7.5m,t = 5.76m，保持泄 流量不變時，閘門的開度為多少？流量和其它和其它條件不變，但為堰流時，其堰頂水頭應(yīng)為若干？例E R陽解e e2e（1 ）因0.2 v0.65，故為閘孔出流。又因為 上=0.2，杳表得Hhp 111H；：=0.62,得兀=；e = 0.62 2 = 1.24 m由于閘底板高于渠底且為平頂堰，杳表取=0.90。又由于堰前水頭較大、開啟度較小，為簡化計算，不計行近流速水頭，即取H）- H,則有c = . 2g（H0二1%） =0.9 .19.6（10二1.24） = 11.79m/shc=虹(.1 8Frc2-1)=偌(-1 8 3.382-1)

13、= 5.34m2 2h；t =t R =6-5 =5m，故為閘孔出流。由底坎及閘門形式，并注意到e0.1v v0.65，采用相應(yīng)的經(jīng)驗公式求流量系數(shù)，有Frc11.79ghc9.8 1.24= 3.38word 范文X。6一。18碁。6一18o。564word 范文得Q -=0.564 3 8 2、19.6 10 = 379.00m3/s(2)當h =7.5mt =5.76m欲使Q 379.00 m3s時其閘門開度 e,由式(8-5)即得Qe =U0B2gH0因式中丄0與 e 有關(guān)，故應(yīng)試算求解。設(shè) e=2.9m空二竺450.8 為淹沒出流，由H01H 5.15“h“，查表得：=0.638,算

14、得4=0.638 2.9 =1.85m。查得a。 ：c八2g(H。-1%) =0.9019.6 (6.5-1.85) = 8.59m/s- %FrTgh98入二理C 1 8Frf -1)二2 2hev t = t -P1=5.76 -1 = 4.76m亠Z h -t 7.5-5.761.74由H859=2.021.85旦(,1 8 2.022一1) =4.44m為淹沒出流。h-p 7.5-16.5e心68及帶0.45，查圖可得一0.93，且3-P/Hm =0.32 0.01 e0.46 0.75H因堰前過水斷面不大，應(yīng)計入行近流速的影響，可應(yīng)用H =0.924,查表得二s=0.764。H01w

15、ord 范文邊墩的形狀可查得k=.7，由閘墩的形狀及-可查得k=0.659，由式（8-8 ）得側(cè)收H01縮系數(shù)；：=1-0.2k(n-1)0=1-0.2 0.7 (3-1) 0.659515=0.913故24Q1=； ：smB.、2gH；12=0.913 0.764 0.366 3 8、19.6 5.153/317.03m3/sword 范文第二次逼近：由已求得的流量計算 ：0的近似值Q1317.03d-/:02-1.61m/ sB0h 32 6.1522au021x1.61H02二H02=5.155.28m2g19.6匹=476=0.901 0.8H025.285.28T -0.2k(n-1

16、)0=1-0.2 0.7 (3-1) 0.6310.91424Q2=0.914 0.838 0.366 3 8 ,196 5.283/2= 361.38m/s第三次逼近：色二J61=1.84m/sB0h 32 6.151x1 842H03=5.155.32m19.6hs4.76s0.8940.8H035.326 =0.858,0=0.623,算得;-0.914,貝VQ3=0.914 0.858 0.366 24196 5.323/2= 374.22m3/s第四次逼近:Q 374.22041.90m/sB0h 32 6.15仆1.902H04=5.155.33m19.6hs4.76s0.8930

17、.8H045.33J =0.861,0=0.622,算得-0.914,則= 0.914 0.861 0.366 2419.6 5.333/2= 376.58m3/s因Q與Q相當接近，故可認為當H =5.15mB寸,Q=376.58m3/s,且該流量與已穩(wěn)中有降流量相差甚小(379.00一376.58=0.64%)。故所求堰頂水頭 H=5.15m。顯然，若所設(shè) H 不能379.00滿足已知流量的要求時，則應(yīng)重設(shè)H,依以上步驟繼續(xù)試算，直到滿意為止。上例表明，在 H=5.15m 時，不計影響Q =3 17. 0m3s，而計入影響時3Q = 317.58m /s，可見此時行近流速對流量的影響較大。因

18、此，在水力計算中，沒有足夠 的理由，不應(yīng)隨便忽略行近流速的影響，以免造成較大的誤差。例 8-4某進水閘底坎為圓角進口，r = 1.0m,14m，共 3 孔，單孔凈寬為 8.0m，閘墩頭部半圓形，邊墩圓弧形。閘前后渠道均為矩形斷面，渠寬 28.0m,其它條件見例 8-4 圖。求：閘門全開，下泄流量為290.0m3/s 時，閘前渠道內(nèi)的水深為多少？若下游水位庫157.40m，上游渠道內(nèi)水深不變，則流量有何變化？為淹沒出流，查得為淹沒出流，查得Q4word 范文解：(1 )因下游水位低于閘底坎，即hsv0，且閘孔全開，故水流為堰流并為自由出流。因水頭未知，不能判別堰型，暫按寬頂堰計算，待求出H 后復(fù)

19、核堰型是否與假定相符。Q-290-)2/3= 3.99 m0.95 0.36 3 8 . 19.6由式(8-7 )得H。=(-)2/3,因；、m 均與 H 有關(guān)，故尖用試算法求解如下: 0.2 ,3.919.6二3.99m = H01故流量系數(shù)可按3m2=0.36 0.01-P=0.36 0.011.2+1工H即m2m1=0.36。查得k=0.7,0=0.45,得3-390.36741.2 1.5 -3.9嚴尸H門3 992=1-0.2k- (n -1)00=1-0.2 0.7(3-1) 0.450.947nb24即；2v. =0.95。將以上求得的 m、；2代入基本公式重算 H2,得word

20、 范文Q =0.939 0.942 0.367 24196 3.9373/2H02290令 H2=3.86m,得=()2/3= 3.95m0.947 0.367 24 9.6290H02=-=1.32m/ s28 (3.83 4)1x1.322= 3.863.949m：3.95m故得 H2=3.86m。復(fù)核 m :值:33860.367二譏41.2 1.5 -3.863.953 =1 -0.2 0.72 0.450.947二；224614故 H=3.86m 為所求堰頂水頭。因3.62，在 2.510 之間，為寬頂堰，與假定相m3= 0.36 0.01符。即求得閘前水深h = H p = 3.8

21、6 4 = 7.86m(2)當下游水位為 157.40m 時，閘底坎淹沒，因上游渠內(nèi)水深不變，則h 3 4以上計算，暫按H=3.95m 考慮，有0.86 0.8 為淹沒出流。H03.95因淹沒影響，應(yīng)重算；：H=3.86m。由主查表得H。Q _；smB、2gH3= 273.25m /s復(fù)核總水頭Q3.95；=1 - 0.2 0.72 0.580.93924-0.939 0.95 0.367 24196 3.953/23 ,273.251.24m/s,取a0=1.0,得28 7.8621X1.242H0= 3.863.94m19.6按 H=3.94m 重算流量 Qhs3.40.863 0.8H0

22、3.94為淹沒出流，查得J =0.944,；=0.587, m仍為0.367,于是丄3.94；=1 - 0.2 0.7(3 -1) 0.5870.939Q =0.944 0.939 0.367 24、麗3.943/2=270.50m3/s再逼近一次：- 0Q270.50-1.23m/s,H3.861 1.23-3.937m,B0h 28 7.8619.6hsH。3.43.937-0.864,查得二s=0.942：嚴0.5868,算得；=0.939,得word 范文3=269.62m/s以上兩次計算所得流量很接近，故可認為淹沒出流時的流量為3較自由出流時流量減小了290.00-269.62=20

23、.38m /s。例 8-5某單孔引水閘如例 8-5 圖，閘室后接一iik的陡坡渠道。上游為八字形翼墻，收縮角0=45,計算厚度 a=1m。閘前河道斷面近似矩形，水深h=5.05m,閘門全開，忽略上游行近流速。試求：當坎高P=1.8m,流量Q =60m/s時的閘孔凈寬；若保持孔寬不變，但坎高 P=0 時的過堰流量。解：(1)求閘孔凈寬。因下游接一陡坡渠道，下游為急流，故過閘水流為寬頂堰自由出流，當 P=1.8m 時，H=h-P=5.05-1.8=3.25m，流量系數(shù)=0.348因 n=1,八字形翼墻可查得 =7，故側(cè)收縮系數(shù)W )0唱心2 0.7學(xué)八晉心晉j64解得閘孔凈寬：b=7.10m(2)求 P=0 時的過堰流量。此時為無坎寬頂堰自由出流。由題意知，上游可寬B)=b+2a=7.10+2X1= 9.10m,又b 7.100.78 B09.10查表得流量系數(shù) m，=0.368，由無坎寬頂堰流量計算式，即得過堰流量Q =:smB、一2gH甞二mb, 2