2009河海大学水力学试题及答案

11．选择题部分（一）在平衡液体中，质量力与等压面（）a、重合；b、平行c、相交；d、正交。答案：d（二）在水力学中，单位质量力是指（）a、单位面积液体受到的质量力；b、单位体积液体受到的质量力；c、单位质量液体受到的质量力；d、单位重量液体受到的质量力。答案：c（3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为a、1kN/m2b、2kN/m2c、5kN/m2d、10kN/m2答案：b（4）水力学中的一维流动是指（）a、恒定流动；b、均匀流动；c、层流运动；d、运动要素只与一个坐标有关的流动。答案：d（5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=（）a、8；b、4；c、2；d、1。答案：b（6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于a、层流区；b、紊流光滑区；c、紊流过渡粗糙区；d、紊流粗糙区答案：c（7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H=250m，则管道中原来的流速v0为a、1.54mb、2.0mc、2.45md、3.22m答案：c（8）在明渠中不可以发生的流动是（）a、恒定均匀流；b、恒定非均匀流；c、非恒定均匀流；d、非恒定非均匀流。答案：c（9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。答案：b（10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q=1.5m3/s，已知渠中某处水深h=0.4m，则该处水流的流态为2a、缓流；b、急流；c、临界流；答案：b（11）闸孔出流的流量Q与闸前水头的H（）成正比。a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方答案：d（12）渗流研究的对象是（）的运动规律。a、重力水；b、毛细水；c、气态水；d、薄膜水。答案：a（13）测量水槽中某点水流流速的仪器有a、文丘里计b、毕托管c、测压管d、薄壁堰答案：b（14）按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺λL=100，模型中水深为0.1米，则原型中对应点水深为和流量比尺为a、1米，λQ=1000；b、10米，λQ=100；c、1米，λQ=100000；d、10米，λQ=100000。答案：d2、判断题：（每小题2分）（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。（）答案：错误（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（）答案：错误（3）水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。（）答案：错误（4）粘滞性是液体产生水头损失的内因。（）答案：正确（5）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。（）答案：正确（6）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（）答案：错误（7）矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。（）答案：正确（8）断面比能沿流程总是减小的。（）答案：错误（9）在流量和渠道断面形式一定的条件下，跃前水深越大，跃后水深也越大。（）答案：错误（10）渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流，并且无渗透变形。()答案：正确（1）牛顿内摩擦定律适用的条件是和。3答案：层流运动，牛顿液体（2）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为kN/m2，真空度为。答案：2，不存在.（3）只受重力作用，静止液体中的等压面是。答案：水平面。（4）实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是，。答案：液体存在粘滞性和边界的影响。（5）水流在明渠中的流态为缓流时，其水深hhk，弗汝德数Fr1。（填写、、符号）答案：，。（6）在流量不变的条件下，水跃的跃前水深越小，则水跃的跃后水深越。答案：大。（7）根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为和。答案：短管，长管。（8）在水击计算中阀门关闭的时间Ts水击相长Tr的水击，称为水击，把TsTr的水击称为水击。答案：直接，间接。(9)a2型水面曲线是发生在坡上的流（指急流或缓流）的水面线，这时弗汝德数Fr沿程（指增大、减小或不变）答案：陡坡，缓流，减小。(10)溢流堰的过堰流量与堰顶水头的次方成正比。答案：3/2。（11）泄水建筑物下游发生远驱水跃时，下游收缩断面水深hc的共轭水深hc’’ht(ht为下游河道的水深，填写、、符号)答案：填写、、符号(12)按重力相似准则设计的溢流坝水力模型，长度比尺λL=25，当模型中某点的流速为vm=o.8m/s，则原型中对应点的流速为vp=m/s。答案：4m/s。（1）什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性，在液体流动时会引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，我们引入了理想液体的概念，忽略液体的粘滞性，分析其运动规律，然后再考虑粘滞性影响进行修正，可以得到实际水流的运动规律，用以解决实际工程问题。这是水力学重要的研究方法。（2）“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？答案：这种说法错误的。均匀是相对于空间分布而言，恒定是相对于时间而言。当流量不变通4过一变直径管道时，虽然是恒定流，但它不是均匀流。（3）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。答案：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比；在层流到紊流过渡区，λ仅是Re的函数；在紊流光滑区λ=f1（Re）；过渡区λ=f2（Re，）；粗糙区λ=f3（），紊流粗糙区又称为阻力平方区。（4）为什么舍齐公式只适用于阻力平方区？答案：舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式，自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区，因此该公式只适用于紊流阻力平方区。（5）流动相似的含义是什么？答案：流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似。其中几何相似是前提，动力相似是保证，才能实现流动相似。（6）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。答案：均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能来克服水流阻力。所以均匀流只能产生在正坡渠道中。（7）分析水面曲线时，如何寻找急流和缓流的控制断面？答案：急流的控制断面在上游，因为外界对急流的干扰不能向上游传播；缓流的控制断面在下游，其原因与急流正好相反。（8）在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？答案：达西定律适用于任一点的渗流流速u=kJ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流，同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于v=kJ。5、作图题：（1）定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。(5分)解：（2）定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线，并注明曲线名称及流态。(各渠段均充分长，各段糙率相同)(5分)RRiRCvv0=0测压管水头线总水头线v0=0KKii1Kii2Kii3K5解：（1）图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为A=0.64m2，长l=50m，两个30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水力摩擦系数λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通过的流量Q?（10分）解：按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程gvRlhHw2)4(2(5分)计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数9.10.15.022.02.0,mAR将参数代入上式计算，可以求解得到/sm,m/s3662.216.4vAQv(5分)即倒虹吸管内通过的流量为2.662m3/s。第二题从水箱接一橡胶管道及喷嘴(如图)。橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm。水头H=5.5m。由水箱至喷嘴的水头损失hw=0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9Ncm2。如用手握住喷嘴，需要多大的水平力R，行近流速v0=0，取动能校正系数和动量校正系数均为1。Kii1KKii3Kii2KN1N1N3N3a1b1b2缓流缓流急流6解：以过喷嘴中心的水平面为基准面，列水箱渐变流断面1—1和喷嘴出口断面2—2的能量方程Hvg000020522.(5分)求得喷嘴出口流速和流量为vg22599.mssm3000314.022AvQ(1.5分)橡胶管道内的流速为sm706.033AQv(1分)对于喷嘴建立x方向的动量方程)(3233xxvvQRAp79.187)(3233vvQApRN(6.5分)水流对喷嘴冲击力为RR即为手握喷嘴所需之力。(1分)第四题有一梯形渠道，底宽b=10m，水深h=3m，边坡为1:1，糙率n=0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区，求通过的流量Q。(9分)解：计算渠道断面水力要素，过流断面面积Abhmh239m2(1.5分)湿周49.18122hmbxm(1.5分)水力半径RAx211.m(1分)舍齐系数s/m90.8012161RnC(2分)通过的流量Q=AC(Ri)0.5=144.93m3/s(3