《水力學#》期末復習題

PAGEPAGE12《水力學#》期末綜合復習題一、填空題（每小題4分，共16分）1．有一明渠均勻流，通過流量，底坡，則其流量模數K=.2．水泵進口真空計的讀數為，則該處的相對壓強水頭為m3．矩形斷面渠道，水深h=1m，單寬流量,則該水流的佛汝德數Fr=。4．寬頂堰的總水頭H0=2m,下游水位超過堰頂的高度hs=1.4m，此時堰流為出流。5．滲流杜比公式表明，在漸變滲流中過水斷面的流速分布為。6．已知謝才系數，則沿程阻力系數=。二、單項選擇題（每小題3分，共30分）1.靜水中若某點的真空壓強是20kPa，則其相對壓強是（）（A）118kPa（B）78kPa（C）-20kPa（D）-78kPa2.水力最佳斷面是（）（A）濕周一定，面積最小的斷面，（B）面積一定，通過流量最大的斷面，（C）最低造價的斷面，（D）最小糙率的斷面3.紊流中粘滯底層厚度比絕對粗糙度大得多的壁面稱為（）（A）光滑面（B）過渡粗糙面（C）粗糙面（D）以上答案均不對4.當水流的沿程水頭損失系數λ只與邊界粗糙度有關，可判斷該水流屬于（）（A）層流區(qū)（B）紊流光滑區(qū)（C）紊流過渡區(qū)（D）紊流粗糙區(qū)5.明渠中發(fā)生a1型水面曲線，則水流屬于（）（A）急流（B）緩流（C）均勻流（D）層流6.過堰水流的流量Q與堰頂水頭H的（）（A）1/2次方成正比（B）3/2次方成正比（C）2次方成正比（D）1次方成正比7.靜止液體中同一點各方向的壓強 （）（A）數值相等（B）數值不等(C)僅水平方向數值相等(D)鉛直方向數值最大8.在平衡液體中，質量力與等壓面（）(A)重合(B)平行(C)斜交(D)正交9.液體只受重力作用，則靜止液體中的等壓面是（）（A）任意曲面；（B）水平面（C）斜平面（D）旋轉拋物面10.液體中某點的絕對壓強為88kN/m2，則該點的相對壓強為（）（A）10kN/m2（B）-10kN/m2（C）12kN/m2（D）-12kN/m211.過水斷面是指（）（A）與流線平行的斷面（B）與流線正交的橫斷面（C）與流線斜交的橫斷面（D）與跡線正交的橫斷面12.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的流動。13.作用水頭相同時，孔口的過流量要比相同直徑管咀的過流量（）（A）大（B）小（C）相同（D）無法確定14.已知液體流動的沿程水力摩擦系數與邊壁粗糙度和雷諾數Re都有關，即可以判斷該液體流動屬于（）（A）層流區(qū)（B）紊流光滑區(qū)（C）紊流過渡粗糙區(qū)；（D）紊流粗糙區(qū)15.紊流的流速分布為（）（A）呈拋物線分布（B）呈線性分布（C）比層流分布更均勻（D）比層流分布更不均勻16.長管的總水頭線與測壓管水頭線（）（A）相重合（B）相平行，呈直線（C）相平行，呈階梯狀17.矩形水力最佳斷面的寬深比β=（）（A）1（B）2（C）3（D）418.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。19.在緩坡明渠中不可以發(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20.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21.閘孔出流的流量與閘前水頭的（）成正比。（A）1次方（B）2次方（C）3/2次方（D）1/2次方22.堰流的流量與堰頂水頭的成正比。（A）1/2次方（B）3/2次方（C）2次方（D）1次方23.溢流壩下泄水流收縮斷面水深hc的共軛水深為hc2，下游河道水深為ht，形成遠離水躍的條件是（）（A）ht=hc2（B）ht＞hc2（C）ht＜hc2（D）無法確定24.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（C）薄膜水25.滲流的達西公式只能適用于（）（A）恒定均勻層流（B）恒定均勻紊流（C）恒定均勻流（D）非恒定流26.按重力相似準則設計的水力學模型，長度比尺λL=100，模型中水深為0.1m，則原型中對應點水深為（）0.5m（B）1m（C）5.0m（D）10m27.按重力相似準則設計模型，若幾何比尺為100，則流速比尺為（）（A）100（B）10（C）20（D）5028.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29.量測明槽流量的儀器是（）（A）文丘里計；（B）電磁流量計（C）量水堰（D）孔板流量計30.下列物理量中，有量綱的數為（）（A）佛汝德數Fr（B）沿程阻力系數（C）滲流系數k（D）堰流流量系數m31.緩坡明渠中的均勻流是（）（A）緩流（B）急流（C）臨界流（D）可以是急流或緩流32.管流的負壓區(qū)是指測壓管水頭線（）（A）在基準面以下的部分（B）在下游自由水面以下的部分（C）在管軸線以下的部分（D）在基準面以上的部分33.有兩條梯形斷面渠道1和2，已知其流量、邊坡系數、糙率和底坡相同，但底坡i1>i2，則其均勻流水深h1和h2的關系為（）（A）h1>h2（B）h1<h2（C）h1=h2（D）無法確定34.對于并聯(lián)長管道，每根管道的（）相等。（A）流量（B）切應力（C）沿程水頭損失（D）水力坡度35.平衡液體的等壓面必為（）（A）水平面（B）斜平面（C）旋轉拋物面（D）與質量力正交的面36.理想液體恒定有勢流動，當質量力只有重力時，（）（A）整個流場內各點的總水頭相等（B）只有位于同一流線上的點，總水頭相等（C）沿流線總水頭沿程減小（D）沿流線總水頭沿程增加37.有一溢流堰，堰頂厚度為2m，堰上水頭為2m，則該堰流屬于（）（A）薄壁堰流（B）寬頂堰流（C）實用堰流（D）明渠水流38.同一管道中，當流速不變，溫度上升時，則雷諾數（）（A）增大（B）減小（C）不變（D）不一定39.一段直徑不變管道的流速從2m/s增加到4m/s時，在水流都處于紊流粗糙區(qū)時，沿程水損失是原來的（）倍（A）1（B）（C）2（D）4三、判斷題（正確的在括號內劃“√”，反之劃“╳”，每小題1分，共12分）1.牛頓內摩擦定律適用于層流運動和牛頓流體。（）2.根據連續(xù)性方程，流速與過流斷面面積成正比。（）3.根據能量方程水流，水流總是從位置高的地方向位置低的地方流動。（）4.層流一定是均勻流，紊流一定是非均勻流。（）5.明渠水流的急流和緩流是用佛汝德數Fr判別的，當Fr＞1時為急流。（）6.均勻流過水斷面上各點的測壓管水頭都相同。（）7.明渠水流的斷面比能沿流程總是增加的。（）8.滲流模型中的滲流流速與實際滲流流速相等。（）9.理想液體就是不可壓縮液體。（）10.作用任意平面上靜水總壓力的作用點與平面的形心點重合。（）11.均質連續(xù)靜止液體內任何一點的測壓管水頭等于常數。（）12.水流總是從壓強大的地方向壓強小的地方流動。（）13.漸變流過水斷面上各點的測壓管水頭都相同。（）14.水力粗糙管道是表示管道的邊壁比較粗糙。（）15.紊流光滑區(qū)的沿程水頭損失系數僅與雷諾數有關。16.粘滯性是液體產生水頭損失的內因。（）17.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。（）18.滲流達西定律適用的條件是恒定均勻層流滲流，并且無滲透變形。（）19.兩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。（）四、問答題（每小題5分，共20分）1.什么是液體的可壓縮性？什么情況下需要考慮液體的可壓縮性？2．簡要敘述泄水建筑物下游消能的主要形式有哪幾種？它們各自適用的條件是什么？3.什么是理想液體？為什么要引入理想液體的概念？4.“均勻流一定是恒定流”，這種說法是否正確？為什么？5.簡述尼古拉茲實驗中沿程水力摩擦系數λ的變化規(guī)律。6.為什么舍齊公式只適用于阻力平方區(qū)？7.分析水面曲線時，如何尋找急流和緩流的控制斷面？8.在滲流計算中達西定律與杜比公式有何區(qū)別？五、作圖題（8分）1．畫出如圖示曲面ABC上的水平壓強分布圖與壓力體圖。2．畫出如圖短管上的總水頭線與測壓管水頭線。3．有三段不同底坡的棱柱體渠道首尾相連，每段都很長，且斷面形狀、尺度及糙率均相同。試定性畫出各段渠道中水面曲線可能的連接形式。ii1=ici2<ici3>icK六、計算題（共22分）HROABR1.圖示圓弧形閘門AB（1/4圓），A點以上的水深H＝1.4m，閘門寬度b=4m，圓弧形閘門的半徑HROABR2.某矩形斷面渠道，通過的流量Q=30m3/s，底寬為b=5m，水深為h=1m，判斷渠內水流是急流還是緩流？如果是急流，試計算發(fā)生水躍的躍后水深是多少。（10分）3.如圖所示矩形平板閘門AB寬b=3m，門重G=9800N，α=60°，h1=1m，h2=1.73m。試求：下游無水時啟門力T。（10分）4.水溫10。C時，水的運動粘度ν＝0.0131cm2/s，管徑為10cm，管中流速為100cm/s，試判別水流流態(tài)，并求在該管中轉變?yōu)榱硪环N流態(tài)時的流速。（6分）5.圖示一跨河倒虹吸管，正方形斷面面積A=0.64m2，長l=50m，兩個30。折角、進口和出口的局部水頭損失系數分別為ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水力摩擦系數λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通過的流量Q。（10分）6.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=5.5M。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=4.9Ncm2。如用手握住噴嘴，需要多大的水平力R，行近流速v0=0，取動能校正系數均為1。（15分）7.有一梯形渠道，底寬b=10m，水深h=3m，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)，求流量Q。（8分）8.有一梯形渠道，底寬b=10m，水深h=3m，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。（10分）。參考答案：填空題1.2750m3/s2.–2.5m3.0.32m4.自由出流5.矩形/或均勻分布6．0.00784二、單項選擇題1.C2.B3.A4.D5.B6.B7.A8.D9.B10.B11.B12.D13.B14.C15.C16.A17.B18.C19.B20.B21.D22.B23.C24.A25.A26.D27.B28.B29.C30.C31.A32.C33.B34.C35.D36.B37.C38.A39.D三、判斷題1.√2.√3.×4.×5.√6.√7.×8.×9.×10.×11.√12.×13.√14.×15.√16.√17.×18.√19.×四、問答題1．什么是液體的可壓縮性？什么情況下需要考慮液體的可壓縮性？答案：液體的可壓縮性是指：當外界的壓強發(fā)生變化時液體的體積也隨之而發(fā)生改變的特性。液體的可壓縮性在一般情況下可以不必考慮，但是當外界壓強變化較大，如發(fā)生水擊現象時必須予以考慮。2．簡要敘述泄水建筑物下游消能的主要形式有哪幾種？它們各自適用的條件是什么？答案：泄水建筑物下游消能的主要形式有底流消能、面流消能、挑流消能和消力戽消能，其中底流消能和挑流消能應用最多。底流消能需要修建消力池，工程量較大，適用地質條件較差的水庫泄水建筑物下游和河道閘下游消能；面流消能要求下游水位變幅較??；挑流消能適用地質條件較好的高水頭泄水建筑物下游的消能。3.什么是理想液體？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。4.“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。5.簡述尼古拉茲實驗中沿程水力摩擦系數λ的變化規(guī)律。答案：通過尼古拉茲實驗可以發(fā)現：在層流中λ僅是雷諾數Re的函數并與Re成反比；在層流到紊流過渡區(qū)，λ僅是Re的函數；在紊流光滑區(qū)λ=f1（Re）；過渡區(qū)λ=f2（Re，）；粗糙區(qū)λ=f3（），紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。6.為什么舍齊公式只適用于阻力平方區(qū)？答案：舍齊公式是根據明渠均勻流的大量觀察資料總結的公式，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)。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，其適用于恒定均勻層流滲流；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。五、作圖題ii1=ici2<ici3>ic五、計算題1、圖示圓弧形閘門AB（1/4圓），A點以上的水深H＝1.4m，閘門寬度b=4m，圓弧形閘門的半徑R=1m，水面為大氣壓強。試確定圓弧形閘門AB的靜水總壓力大小及其方向。解：弧形閘門AB在鉛垂面的投影面的形心水深為1.4+0.5=1.9m水平分力Px=pcAx=ρghc×bR=74.48kN壓力體體積V=bHR+b×0.25πR2=8.74m2鉛垂分力Py=ρgV=85.65kN靜水總壓力P2=Px2+Py2P=113.50kNtan=Py/Px=1.15∴=49°合力作用線通過圓弧形閘門的圓心。2、某矩形斷面渠道，通過的流量Q=30m3/s，底寬為b=5m，水深為h=1m，判斷渠內水流是急流還是緩流？如果是急流，試計算發(fā)生水躍的躍后水深是多少。解：渠道內的流速v=Q/A=Q/（bh）=6m/s計算佛汝德數Fr=v/（gh）1/2=6/（9.8×1）1/2=1.92>1.0渠道內的水流為急流水躍的躍前水深h=1m，根據共軛水深計算公式，躍后水深為hc″=hc（（1+8×F12）1/2-1）/2=1×（（1+8×1.922）1/2-1）/2=2.26m即發(fā)生水躍所需的躍后水深為2.26m。3.如圖所示矩形平板閘門AB寬b=3m，門重G=9800N，α=60°，h1=1m，h2=1.73m。試求：下游無水時啟門力T。（10分）說明：本題難度中等。要求學生掌握作用在平面上靜水總壓力計算。題解和評分標準：解：閘門上的靜水總壓力P=pcA，pc＝ρghc=1000×9.8×（1＋1.73×0.5）=18.27kN/m2（2分）P=pcA=18.27×3×1.73÷sin60°＝109.6kN（2分）靜水總壓力作用點到轉軸距離為m（1分）各力對轉軸取力距Th2/tg60°－G×0.5h2/tg60°－PL=0（3分）∴T=131.6kN（2分）即下游無水時啟門力為131.6kN4.水溫10。C時，水的運動粘度ν＝0.0131cm2/s，管徑為10cm，管中流速為100cm/s，試判別水流流態(tài)，并求在該管中轉變?yōu)榱硪环N流態(tài)時的流速。（6分）說明：本題較容易。要求學生掌握水流流態(tài)的判別，并會進行雷諾數的計算。題解和評分標準：解：＝76336＞2000，管內為紊流。（3分）如果要轉變?yōu)閷恿鲃t≤2000，則v≤2.62cm/s（3分）5.圖示一跨河倒虹吸管，正方形斷面面積A=0.64m2，長l=50m，兩個30。折角、進口和出口的局部水頭損失系數分別為ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水力摩擦系數λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通過的流量Q。（10分）說明：本題難度中等。要求學生掌握管道輸水能力和方管的水力半徑的計算。題解和評分標準：解：(5分）(5分）6.從水箱接一橡膠管道及噴嘴（如圖）。橡膠管