【水力學(xué)】-四川大學(xué)《水力學(xué)》期中試卷

四川大學(xué)期 考試試題（2009 ——2010 年第 一 學(xué)期）課程號： 課序號： 課程名稱：水力學(xué) 任課教師： 成績：適用專業(yè)年級： 學(xué)生人數(shù)： 印題份數(shù)： 學(xué)號： 姓名：考試須知《四川大學(xué)考場規(guī)則》和《四川大學(xué)監(jiān)考人員職責(zé)一、是非題（）（本大題分15小題，每小題1分，共15分）1切應(yīng)力公=RJ是在均勻流條件下導(dǎo)出的。 （√）2、相鄰液體接觸面上的水壓力質(zhì)量力。 （×）3、重力與其它質(zhì)量力同時(shí)作用時(shí)，等壓面為水平面。 （×）4、均勻流一定是層流，非均勻流一定是紊流。 （×）5、水頭損失hw代表液流從斷面1到斷面2所消耗的總機(jī)械能。 （×）6、明渠過流斷面上各點(diǎn)的流速都是相等的。 （×）7、液體流層之間的內(nèi)摩擦力與液體所承受的壓力有關(guān)。 （×）8、均勻流中只考慮沿程水頭損失；漸變流中只考慮局部水頭損失。 （×）9、沿程阻力系數(shù)總是隨流速的增大而增大。 （×）10、長管作用水頭全部消耗在沿程水頭損失上。 （√）、恒定流一定是均勻流，層流也一定是均勻流。 （×）12、均勻緩流只能在緩坡上發(fā)生，均勻急流只能在陡坡上發(fā)生。 （√）13、絕對壓強(qiáng)可以為正值，也可以為負(fù)值。 （×）14、平面上靜水總壓力的大小等于壓力中心點(diǎn)的壓強(qiáng)與受力面面積的乘積（×）15、當(dāng)質(zhì)量力只有重力時(shí)，液體的重力加速度代表液體的單位質(zhì)量力。 （√）二、選擇題：（本大題分5小題，每小題2分，共10分）c（1）在水力學(xué)中，單位質(zhì)量力是指（ 。、單位體積液體受到的質(zhì)量力；、；d。（2）液體中某點(diǎn)的絕對壓強(qiáng)為100kN/m2，則該點(diǎn)的相對壓強(qiáng)為( )a、1kN/m2 、2c、5kN/m2 、10kN/m2 d3流線和跡線一般情況下是不重合的若兩者完全重合則水流必（ 。a、均勻流 b、非均勻流 、非恒定流 b（4）有壓管道的管徑d與管流水力半徑的比值d/R=（、8； 、4； 、2； d1。

d、恒定流。（5）已知液體流動(dòng)的沿程水Re都有關(guān)，即可以判斷該液體流動(dòng)屬于( )。、層流區(qū)； 、紊流光滑區(qū)； 、紊流過渡粗糙； d、紊流粗糙區(qū)三、作圖題（本大題分3小題，共30分）1、畫出下列左圖受壓面ABC的壓強(qiáng)分布圖和右圖受壓面AB的水平壓強(qiáng)分布圖。（10分）壓強(qiáng)分布圖 水平壓強(qiáng)分布圖2、試畫出下列圖中各受壓曲面上的壓力體圖，并指示出垂直壓力的方向（10分）3、定性繪出圖示短管自由出流的總水頭線和測壓管水頭線。(10分)四、根據(jù)題目要求解答下列各題（本大題共4小題，總計(jì)45分）1、一鉛直矩形閘，如下圖所示。已知h1

1.0mh2.0m，門寬b1.5m，F(xiàn)P

的大小。（15分）2、某平底矩形斷面的河道中筑一溢流壩，壩高a=30m，壩上水頭H=2m，壩下游收縮斷面處水深h=0.8m，溢流壩水頭損失為h=2.5(v2

為收縮斷面流速。不計(jì)行近c(diǎn) w c 2g c流速v0

(取動(dòng)能及動(dòng)量校正系數(shù)均為1.0)。求水流對單寬壩段上的水平作用力(包括大小及方向)。(10分)3、水平管直徑d=100mm，管中裝一蝶閥。為測定蝶閥的局部水頭損失系數(shù) ，在蝶閥前后設(shè)有U形水銀壓差計(jì)，如圖所示，當(dāng)管中通過流量q=15.7升/秒時(shí)，水銀柱高v差h=50mm，設(shè)沿程水頭損失不計(jì)，求蝶閥在該開度時(shí)的局部水頭損失系數(shù)。(10分)4有一梯形渠道底寬 b=10水深h=3邊坡為1:1糙率n=0.01，底坡i=0.001。如流動(dòng)在紊流粗糙區(qū)，求通過的流量Q。(10分)三．作圖題ABCAB的水平壓強(qiáng)分布圖。畫出圖中各受壓曲面上的壓力體圖，并指示出垂直壓力的方向。四．計(jì)算題：解：①用解析法求：PhcA9800N/m3hc

hh/212/22m;1Abh1.523m2，代入上式得P98002358.8103KN②用圖算法求首先繪制出平面閘門的壓強(qiáng)分布圖見圖將壓力分布圖分解為矩形和三角形，則壓力1

bh1

hb9.8KN/m31m2m1.5m29.4KN1 1P2

b hb 9.8KN/m322m21.5m29.4KN2 2 2 2則靜水總壓力 PPP1 2

29.429.458.8KN解： 列能量方程：c(Ha)h2.5)v2cc c 2gv 13.22m/sc單寬流量qV

vhcc

10.58m3/s寫X 方向動(dòng)量方程1 1g(vv) g(Ha)2 gh2Rc 0 2 2 cv 00解得R4874.6KN水流對單寬壩段的力R'RRR解：列11,22斷面的能量方程：p v2 p v2z 1 1 z 2 2 h1 g 2g 2 g 2g jzz1

vv1 2故p p2h v故121g g j 2g 12 12.6h 0.63m1g gq4qv Vd2

2m/s

v20.22g 0.633.10.2044.解：計(jì)算渠道斷面水力要素過流斷面面積 Abhmh239m2濕周 b2 1m2h18.49m水力半徑 RA

2.11m謝齊系數(shù) C

R1/680.90m1/2/s1n1Ri通過的流量 QACRi

144.93m3/sPAGEPAGE9/9一、緒論

814水力學(xué)

GungiPeng2016.11.221.牛頓內(nèi)摩擦定律τ=μ????（????為角變形率或流速梯度，???? ????μρ（注意各物理量單位）2.牛頓內(nèi)摩擦定律的適用條件為牛頓液體層流運(yùn)動(dòng)3.F=τA（F）4.圓F= ??2????????；M= ??2??????????5.賓漢塑性流體切應(yīng)力與切應(yīng)變率也成線性關(guān)系，但不過原點(diǎn)，牛頓流體過原點(diǎn)。（p7圖）6.表面力：壓力、切力。質(zhì)量力：重力、慣性力。7.液體在流動(dòng)(連續(xù)不斷變形)過程中，其內(nèi)部會出現(xiàn)抵抗，液體在流動(dòng)狀態(tài)下抵抗剪切的性質(zhì)稱為液體的粘性（又稱粘滯性）二、水靜力學(xué)1.靜水壓強(qiáng)：垂直指向作用面，一點(diǎn)壓強(qiáng)各方向數(shù)值相等。2.平衡微分方程：dP=ρ（xdx+ydy+zdz），當(dāng)dP=0，即等壓面，質(zhì)量力與等壓面垂直。3.液體處于相對平衡：1.等壓面水平，只有重力作用；2.等壓面為斜面，重力和慣性力（產(chǎn)生水平加速度）作用；3.等壓面為旋轉(zhuǎn)拋物面，重力和慣性力（離心力）作用4.標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為101.4KN/m2，絕對壓強(qiáng)等于標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)加相對壓強(qiáng)5.真空高度與真空壓強(qiáng)的換算，P=ρgh，真空壓強(qiáng)=∣負(fù)壓∣6.靜止液體基本方程：z+??????

=??，靜止液體中任一點(diǎn)相等。7.解析法：平面上壓力計(jì)算：P=APc，即受壓平面形心壓強(qiáng)。與放置方向無關(guān)，只與形心位置有關(guān)。yd=yc+

????

。矩形：Ic=

1bh3，圓：Ic=1πr412 48.壓力圖法：P=Ωb，壓強(qiáng)分布圖面積。壓強(qiáng)分布：三角形e=1/3h，梯形：e=a21+23 1+29.曲面：Px=PxcAx；Pz=ρgV，p=???? 2+????2，θ=arctan????????10.虛壓力體：水面和壓力體在兩側(cè)，實(shí)壓力體在同側(cè)三、液體一元恒定總流基本原理1t）2.均勻流與非均勻流：流場中位于同一流線上各質(zhì)點(diǎn)的流速矢量不沿程變化（流線不相交）為均勻流，反之為非均勻流。非均勻流可以分為漸變流和急變流（有無遷移加速度）3.元流：微小流管中的液流4.總流：由無數(shù)元流集合而成的整股水流稱為總流5.一元流與三元流：液體的運(yùn)動(dòng)要素僅是一個(gè)坐標(biāo)變量的函數(shù)，這種運(yùn)動(dòng)稱為一元流，運(yùn)動(dòng)要素是三個(gè)坐標(biāo)變量的函數(shù)，稱三元流67.跡線：同一質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)段的運(yùn)動(dòng)軌跡線8.連續(xù)方程：V1A1=V2A29.能量方程：z1+??1+????12

+?? =z2+??2????22+??；hw=hf（沿程）+hj（局部）???? 2??

???? 2??10?P2+R=ρQβ2v2?β1v1；R11.動(dòng)能/動(dòng)量校正系數(shù)，越不均勻越大，因此層流遠(yuǎn)大于紊流12.同一管流斷面上，動(dòng)能校正系數(shù)α比動(dòng)量校正系數(shù)β大13.過水?dāng)嗝嫔系膲簭?qiáng)大小與基準(zhǔn)面選擇無關(guān)14.均勻流斷面上（非“流場內(nèi)”）的壓強(qiáng)分布規(guī)律與靜水壓強(qiáng)規(guī)律相同四、層流和紊流、液流阻力和水頭損失1.管流：Re=????，小于2300為層流，大于2300為紊流，Re=????

=??1?? ??2.明渠：Re=????，小與500為層流，大于500為紊流，R=A/X??3.雷諾數(shù)為慣性力與粘性力之比4.均勻流：τ=ρgRJ

??????5.層流流速分布：拋物線分布；紊流流速分布：對數(shù)分布（普朗特動(dòng)量傳遞理論）6.上臨界流速：層流變紊流；下臨界流速：紊流變層流7.圓管層流沿程水頭損失系數(shù)：λ=64/Re，明渠層流：λ=24/Re8.紊流瞬時(shí)流速=時(shí)均流速+脈動(dòng)流速（可正可負(fù)）9.紊流切應(yīng)力=粘性切應(yīng)力+雷諾應(yīng)力(質(zhì)點(diǎn)摻混引起的附加切應(yīng)力)10.紊流附加切應(yīng)力與脈動(dòng)流速、液體密度有關(guān)，與動(dòng)力粘性系數(shù)μ無關(guān)11.粘性底層：粘性起主要作用，流速近似按直線變化（邊界層不是粘性底層）12（邊界層13.局部水頭損失通過理論分析與實(shí)驗(yàn)來確定14.紊流核心區(qū)：脈動(dòng)現(xiàn)象，紊流切應(yīng)力等于紊流附加切應(yīng)力λ有關(guān)層流雷諾數(shù)紊流光滑區(qū)雷諾數(shù)紊流過渡粗糙區(qū)相對粗糙度和雷諾數(shù)紊流粗糙區(qū)相對粗糙度λ與速度次方-10.250~0.25與v無關(guān)hf（與速度次方）11.751.75~2.0215.16.紊流壓強(qiáng)擺動(dòng)：紊流具有脈動(dòng)作用17.謝才公式=CA ????；曼寧公式=1??1?? 6J= ??2 ；J=????，hf=λ????2→λ=8????2??2?? ??

4??2??

??218.冷水水力坡度J1大于熱水水力坡度J219.粗糙區(qū)紊流散熱效果最佳20.隨著流量增大，紊流從光滑區(qū)到過渡粗糙區(qū)到粗糙區(qū)21.紊流粗糙區(qū)，同一材料的管道，d越小，沿程水頭損失系數(shù)λ越大22.同一種管徑和粗糙度的管道，雷諾數(shù)不同時(shí)，可以在管中形成紊流光滑區(qū)，粗糙區(qū)，過渡粗糙區(qū)23.文德里管測流量，流量公式是根據(jù)能量方程、連續(xù)方程推導(dǎo)24.文德里管的流量系數(shù)小于1的原因：能量損失，μ=??實(shí)際??理論25.畢托管測流速原理是駐點(diǎn)原理26.斷面面積沿程增大的水平管道，其管軸壓強(qiáng)不一定沿程增大，考慮水頭損失27.液體作紊流運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對粗糙度越大，沿程水頭損失λ可能越大（穆迪圖）28.只有粘性液體才有層流紊流之分五、液體三元流動(dòng)基本原理2=??????????

+??????????

+??????????

=0，流函數(shù)存在條件3.旋轉(zhuǎn)角速度：ωz=1（?????????????），判斷無旋運(yùn)動(dòng)，勢函數(shù)存在條件2 ???? ????4.角變形：εxy=1（??????+??????），是否剪切變形2 ???? ????5.恒定平面勢流：流函ψ x，y ；????

=????，????

=?????；連續(xù)方程滿足平面流動(dòng)6.速度勢函φ x，y

=????，????

=????；無旋滿足7.dψ= ?????????+????????；dφ= ????????+????????8.不可壓縮恒定平面流動(dòng)中，任意兩流線之間通過的單寬流量等于該兩流線的流函數(shù)之差9.液體是否為有旋運(yùn)動(dòng)，取決于液體微團(tuán)本身是否旋轉(zhuǎn)，而與液體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)軌跡無關(guān)10.沿著流動(dòng)方向，在同一流線上各點(diǎn)的勢函數(shù)值是增大的11.歐拉液體平衡方程對理想液體和實(shí)際液體均適用（歐拉方程只用于靜止?fàn)顟B(tài)，而靜止液體不考慮粘性）六、有壓管流1.長管和短管：沿程水頭損失占95%以上為長管2.長管不計(jì)流速水頭和局部水頭3.長管的總水頭線與測壓管水頭線相重合4.串聯(lián)管道流量相同：Q=Q1=Q2=Q3=?.5.并聯(lián)管道沿程水頭損失相等：Q=Q1+Q2+Q3+?6.并聯(lián)管道由于液流總重量不同，所以總機(jī)械能不等，但單位能量相等7.水ft=2??T=4???? ??8.直接水ft：Ts<????；間接水ft：Ts>????9.直接水ft=ρcv0v，閥門完全關(guān)閉時(shí)，水ft?P=ρcv0，則???H=cv010.水ft研究中，液體和管道假設(shè)都是彈性體，產(chǎn)生可壓縮的非恒定流11.管流負(fù)壓區(qū)是指測壓管水頭線在管軸線以下的部分。12.水流在等直徑直管中作恒定流動(dòng)時(shí)，其測壓管水頭線沿程下降p=z+s=?（??2+??2+??）???? 2??14.v02≠0，出口處為突然擴(kuò)大的水流，總水頭線下降至下游水面上方，測管水頭線上升后v02七、明渠均勻流1.J=Jp 水面坡度 =i 底坡，v=C ????2.正坡i>0，平坡i=0，負(fù)坡i<03.正常水深h0與流量Q，糙率n，底坡i，寬度b，坡度m有關(guān)；臨界水深hc與流量Q，寬度b，坡度m有關(guān)，矩形斷面hc=3????2，q=Q/b??4.梯形斷面=（b+mh0）h0，X=b+2h0 1+??2，R==1??1?? 65.水力最佳斷面：當(dāng)渠道的底寬i，糙率n一定，在通過已知設(shè)計(jì)流量時(shí)所選定的過水面積最小，或者是過水面積一定時(shí)通過的流量最大，符合這種條件的斷面稱為水力最佳斷面.????0

=2 1??2???，矩形=2（b=2h）6.緩坡明渠中的均勻流只能是緩流，陡坡明渠中的均勻流只能是急流7.組合糙率斷面：nc=??1??1+??2??2+?+????????，????????

<1.5~2.0??1+??2+????? ????????nc=

??1??12+??2??22+?+????????2，????????

>2.0??1+??2+????? ????????8.復(fù)式斷面=Q1+Q2+?=K1 ??1+K2 ??2+?=??1??1 ??1??1+??2??2 ??2??2+?9.渠道斷面設(shè)計(jì)時(shí)，選用糙率n偏小，引起輸水能力不足或溢漫現(xiàn)象八、明渠非均勻流緩流和急流判別v<??，干擾波能向上下游傳播，水流為緩流c= 2.Fr<1，水流為緩流，F(xiàn)r=

??

，動(dòng)能與勢能之比

>0=h+????22??4.h>hc，水流為緩流，hc=3

????2??5.i<ic，h0>hc，即緩坡上的均勻流為緩流2.緩流斷面單位能量隨水深增大而增加，急流斷面單位能量隨水深增大而減小?！?，緩流到急流發(fā)生水跌水躍方程2=??1（ 1+8??2?1），矩形r= ??2 ????2>??2=2<??為淹沒水躍(i=ic(i>ic)6.十二條水面線熟記規(guī)律1：1區(qū)，3區(qū)升，2區(qū)降規(guī)律2：接近N-N線時(shí)，以N-N線為其漸進(jìn)線規(guī)律3：接近C-C線時(shí)，垂直于C-C線均勻流的水面線是N-N線7.明渠水流中，斷面單位能量Es沿程增大：緩坡M1；陡坡S1，S2；臨界坡C1。斷面單位能量Es沿程減?。壕徠翸2，M3；陡坡S3；臨界坡C3；平坡H2，H3；負(fù)坡A2，A38.壅水曲線的水深增大，高程一般減小9.緩流通過矩形斷面明渠中障礙物時(shí)，障礙物上的水面必然下降(流速與波速關(guān)系)九、堰流和閘孔出流1.????

<0.67，薄壁堰；0.67<

??<2.5，實(shí)用堰；2.5<??

??<10，寬頂堰??22.堰流基本集散公式=ε?mB 2????03，三個(gè)系數(shù)分別是側(cè)收縮系數(shù)，淹沒系數(shù)，流量系2數(shù)3.薄壁堰、實(shí)用堰淹沒出流條件：1.下游水位高于堰頂，2.下游發(fā)生淹沒水躍4.寬頂堰淹沒出流條件：????0

>0.8,hs為下游水位高于堰頂?shù)臄?shù)值，H0為