水力學模擬精彩試題及問題詳解

1、水力學模擬試題及答案（一）1選擇題：（每小題2分）（1）在水力學中，單位質量力是指（）a 、單位面積液體受到的質量力；b、單位體積液體受到的質量力；c 、單位質量液體受到的質量力；d、單位重量液體受到的質量力。答案：c（2）在平衡液體中，質量力與等壓面（）a 、重合；b 、平行 c 、相交；d 、正交。答案：d（3）液體中某點的絕對壓強為100kN/m，則該點的相對壓強為a、1 kN/m2 b 、2 kN/m2 c 、5 kN/m2 d 、10 kN/m2 答案：b（4）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。答案：d（5）

2、有壓管道的管徑d與管流水力半徑的比值d / R=（）a 、8； b 、4； c 、2； d 、1。 答案：b（6）已知液體流動的沿程水力摩擦系數，與邊壁相對粗糙度和雷諾數 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)答案：c（7） 突然完全關閉管道末端的閥門，產生直接水擊。已知水擊波速c=1000m/s,水擊壓強水頭H =250m,貝U管道中原來的流速V。為a 、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d 、3.22m答案：c（8） 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

3、非均勻流。答案：c（9）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。答案：b（10）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；答案：b（11）閘孔出流的流量Q與閘前水頭的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）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；d、薄膜水。答案：a(13) 測量水槽中某點水流流速的儀器有、測壓管d 、薄壁堰長度比尺入L=100,模型

4、中水深為0.1米，則原型中對入 Q=100；q =100000oa 、文丘里計 b 、畢托管c答案：b(14) 按重力相似準則設計的水力學模型， 應點水深為和流量比尺為a、c、1 米，入 q=100000; d、10 米，入 答案：d2、判斷題：(每小題2分)(1)1 米，入 Q=1000 ;b、10 米，任意受壓面上的平均壓強等于該受壓面形心處的壓強。 答案：錯誤水流總是從壓強大的地方向壓強小的地方流動。 答案：錯誤(3)水力粗糙管道是表示管道的邊壁比較粗糙。答案：錯誤 粘滯性是液體產生水頭損失的內因。答案：正確(5)同樣條件下直接水擊比間接水擊更不安全。答案：正確(6)在正坡非棱柱渠道內可

5、以形成均勻流。答案：錯誤矩形斷面水力最佳斷面的寬深比B =2。答案：正確(8)斷面比能沿流程總是減小的。答案：錯誤(9)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 答案：錯誤4分)牛頓內摩擦定律適用的條件是 層流運動和牛頓液體。液體中某點的絕對壓強為 100kN/m ，則該點 _2一kN/rni，真空度為不存在.。只受重力作用，靜止液體中的等壓面是水平面 實際液體在流動時產生水頭損失的兩個主要原因是 水流在明渠中的流態(tài)為緩流時，其水深 h 一一(填寫：:：、二、符號)在流量不變的條件下，水躍的躍前水深越小，則水躍的躍后水深越(10) 滲流達西定律適用的條件是恒定均勻層流滲流

6、，并且無滲透變形。 答案：正確3、填空題：(每小題2層流運動和牛頓液體(1)(3)(4)(5)相對壓強為一邊界的影響(2)O液體存在粘滯性，大。hk，弗汝德數 Fr1。(7) 根據管道水頭損失計算方法的不同，管道可以分為 短管和長管(8) 在水擊計算中閥門關閉的時間 Ts ：水擊相長Tr的水擊，稱為直接水擊，把Ts Tr的水擊稱 為間接冰擊。(9) a2型水面曲線是發(fā)生在陡坡_坡上的一緩流流(指急流或緩流)的水面線，這時弗汝德數 Fr沿程減小_(指增大、減小或不變)(10) 溢流堰的過堰流量與堰頂水頭的_3/2 _次方成正比。(11) 泄水建筑物下游發(fā)生遠驅水躍時，下游收縮斷面水深he的共軛水

7、深he ht(ht為下游河道的水深，填寫c、=、：符號)答案：填寫：、=、符號(12) 按重力相似準則設計的溢流壩水力模型，長度比尺入l=25，當模型中某點的流速為 v m=o.8m/s，則原型中對應點的流速為 Vp=_4_m/s。4、問答題：(每小題34分)(1) 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

8、力學重要的研 究方法。(2) “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。(3) 簡述尼古拉茲實驗中沿程水力摩擦系數入的變化規(guī)律。答案：通過尼古拉茲實驗可以發(fā)現：在層流中入僅是雷諾數Re的函數并與Re成反比；在層流到紊流過渡區(qū)，入僅是 Re的函數；在紊流光滑區(qū)入=f 1 (Re);過渡區(qū)入=f2 (Re，);粗糙區(qū)入=f3 (丄)，紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。RR一(4) 為什么舍齊公式v =Ri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

9、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)。(5) 流動相似的含義是什么？答案：流動相似包括幾何相似、運動相似和動力相似。其中幾何相似是前提，動力相似是保證， 才能實現流動相似。(6) 從力學意義上解釋明渠均勻流只能在正坡渠道中產生的原因。答案：均勻流的斷面平均流速水頭和壓強水頭沿程不變，但水流運動總要消耗能量，因此從能量 方程來分析，只能消耗位能來克服水流阻力。所以均勻流只能產生在正坡渠道中。(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

10、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5、作圖題：（1）定性繪出圖示管道（短管）的總水頭線和測壓管水頭線。v= kJ。（5 分）（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) 段糙率相同）（5分）（各渠段均充分長，各（1）圖示一跨河倒虹吸管，正方形斷面面積為 A=0.64 m2,長I 口和出口的局部水頭損失系數分別為Z 1=0.2 , Z 2=0.5 , Z 3=1.0 , 上下游水位差H=3m求通過的流量Q

11、? （ 10分）=50 m，兩個30 折角、進沿程水力摩擦系數入=0.024，vo=0解：按短管計算，取下游水面為基準面，對上下游渠道內的計算斷面建立能量方 程l2H =hw =（人石十瓦E）丨（5分）4R2g計算方形管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數AR = =0.2 m：-0.2 20.5 1.0 =1.9將參數代入上式計算，可以求解得到v 二 4.16m/s , Q = vA 二 2.662m 3/s（5即倒虹吸管內通過的流量為2.662m3/s 。（2）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 =5.5 m。由水箱至噴嘴的水頭損失

12、hw = 0.5m。用壓力表測得橡膠管與噴嘴接頭處的壓強p =4.9N cm2。如用手握住噴嘴，需要多大的水平力 R,行近流速vo=O,取動能校正系數和動量校正系數均為1。（ 15分）解：以過噴嘴中心的水平面為基準面，列水箱漸變流斷面2的能量方程2H 0 0 =0 0 堂 0.5（52g求得噴嘴出口流速和流量為v2 h-$2g 5=9.9ms11和噴嘴出口斷面2分）Q =v 2 A2 =0.000314 m/S橡膠管道內的流速為v3 = =0.706 mS(1.5(1Fl對于噴嘴建立x方向的動量方程P3A3 - R - ： Q（V2x -V3x）（6.5 分）R = P3 A3 - Q（V2

13、- V3）= 187.79 N，糙率 n = 0.014，底坡 i =0.001水流對噴嘴沖擊力為 R =R即為手握噴嘴所需之力。（1分）如流動在紊流粗糙區(qū)，求通過的流量Q（9分）解：計算渠道斷面水力要素，過流斷面面積A =bh mh2 =39n?（1.5 分）（3）有一梯形渠道，底寬b =10 m水深h = 3 m邊坡為i：i濕周x = b 2,1 m2 h = 18.49 m（1.5分）水力半徑AR2.11 mx（1分）舍齊系數C Jr?6 = 80.90m 12 /sn（2分）通過的流量0 5Q = AC （R i） . = 144.93 m3/s（3分）（4）某矩形斷面渠道中筑有一溢流

14、壩。已知渠寬 B= 18m流量265m/s，壩下收縮斷面處水 深hc=1.1m,當壩下游水深ht=4.7m時，問：（12分）1） 壩下游是否發(fā)生水躍？（ 4分）2） 如發(fā)生水躍，屬于何種形式的水躍？（ 4分）3）是否需要修建消能工？若需要修建消能工，估算消力池深。（4分）解：1）計算臨界水深hk，判斷收縮斷面和下游水流流態(tài)，3q = Q/B =265/18 =14.72 m /smhk14.7229.8-2.81m2比-1）ghc因為收縮斷面水深hc =1.1 mhk為急流，下游水深ht=4.7mhk為緩流,所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。2）計算收縮斷面處水深hc的共軛水深hchc=步（1 8H

15、u h +8漢 “721) 58im2 ,9.8 1.13 二 5-81m因為hcht ,該水躍為遠驅水躍。3）溢流壩下游發(fā)生遠驅水躍，需要修建消力池估算消力池深d,取水躍淹沒系數j = 1.05則池深約為 d = j hc- ht =1.055.81- 4.7 = 1.40 m水力學模擬題2o一、選擇題（每小題1分，共5分）1、 明渠均勻流可能發(fā)生在：（B）A、平坡棱柱形渠道；B、順坡棱柱形渠道； C 逆坡棱柱形渠道； D 都有可能。2、某水庫水深為10m處的絕對壓強為：（D ）A.10kPa ； B.98kPa ； C.147kPa ； D.196kPa。3、在圓管流中，層流的斷面流速分布

16、符合：（C ）A、均勻規(guī)律；B、直線變化規(guī)律；C、拋物線規(guī)律；D對數曲線規(guī)律。4、圓柱形外管嘴的正常工作條件是:(B)A. A.丨=(34)d，Ho9m .B. B.l =(34)dHo:9m .C. C.丨 (34)d ,Ho9m .D. D.丨 (34)d ,Ho:9m。5、粘性液體總水頭線沿程的變化是：（A ）A. A.沿程下降；B. 沿程上升；C.保持不變；D.前三種情況都有可能。、填空題（每空2分，共12 分）1、水力最優(yōu)矩形斷面的寬深比是 _2_，其水力半徑等于 水深的一半。2、 水的運動粘滯系數隨溫度的升高而_ 降低 _，它的單位是 m2/s。3、 紊流時粘性底層厚度隨雷諾數的增

17、加而減小 。4、明渠均勻流的 水深 和 斷面平均速度 等物理量沿程不變。5、 在流量一定，渠道斷面的形狀、尺寸和壁面粗糙一定時，隨底坡的增大，正常水深將減小，臨界水深將不變6、 由于薄壁堰具有穩(wěn)定的流量和水頭關系，一般多用于實驗室及小河渠的流量測量。三、簡答題（每小題5分，共18分）1、試分別說明雷諾數 Re,佛汝德數Fr的物理意義及其在水力學中的主要用途？（ 5分）（1）雷諾數Re的物理意義：它表征液流慣性力與粘滯力的對比關系，即Re = vd/v。在水力學中主要用它來。在水力學判別液流的型態(tài)是層流還是紊流。佛汝德數Fr的物理意義：它表征液流慣性力與重力兩種作用力的對比關系。其能量意義是表示

18、過水斷面單位重量液體平均動能與平均勢能之比的二倍開平方, 中主要用它判別水流的流態(tài)是緩流、臨界流或急流。2、什么是水擊？減小水擊壓強的措施有那些？（5分），從而使管道斷面上發(fā)生壓強交替升答：壓力管道中，由于管中流速突然變化，弓I起管中壓強急劇增高（或降低） 降的現象，稱為水擊。工程上常常采取以下措施來減小水擊壓強：（一）延長閥門（或導葉）的啟閉時間 T（二）縮短壓力水管的長度（三）修建調壓室（四）減小壓力管道中的水流流速v03、“恒定流與非恒定流”，“均勻流與非均勻流”，“漸變流與急變流”是如何定義的？（ 8 分）答：（1）沿程水頭損失實測裝置 設備從水位恒定的水塔引出管道，與需要測量水頭損失

19、的新鋼管相聯(lián)，為了便于操作和計算，該管水平放置，兩端各開一個測壓孔，測壓孔直徑 d =6.0mm左右的測壓管，用橡皮管與壓差計相連接。測壓孔間距l(xiāng)視采用壓差計類型和測量精度而定，做到讀數準確，誤差在5 %以內。在測壓孔兩端設 A、B兩個閘閥，控制流量與排氣。閘閥距測壓孔距離應大于 （610） d, （d為新鋼管直徑） 避免閘閥后旋渦水流對測壓管測流的影響。在管道出口采用重量法或體積法測量流量。也可在管路上裝流量計測量流量。 工作原理水塔水位恒定，當閘門開度一定時，管中通過的流量一定，測出流量。管道直徑保持不變，經過管道的水流為 有壓均勻流，水力坡度與測壓管坡度相等，由壓差計測出壓差經簡單換算即

20、得長度為L的管道的沿程水頭損失，即.Pl 一 P2 、丄 1 , 22 i Pl 一 P2hfZi -Z2Vi -V2；2g戈（2）沿程阻力系數在紊流光滑區(qū)的變化規(guī)律大量實驗證明，在紊流光滑區(qū)，沿程阻力系數只與雷諾數Re有關，與絕對粗糙度 厶無關。五、計算題（共65分）1、某有機玻璃矩形斷面明渠，底寬b=0.15m，水深h= 0.065m，渠底坡,0.02，均勻流時測得流量Q = 20L/s 試求渠道的粗糙系數 n值。（10分）2解：過水斷面面積 A = bh = 0.15 0.065 = 0.00975 m濕訊二=b 2h0 =0.152 0.065 = 0.28m水力半徑75 “0348m

21、0.28翳 O.。3483。站巾00852、一矩形斷面渠道，如圖所示。已知閘前水深H =14m，閘門開啟高度e=1m，渠道底寬b = 3m，閘孔垂直收縮系數0.62 ,閘門局部水頭損失系數0.1 ,兩段渠道的底坡分別為：0 ,.5 ,渠道糙率n二0.04,不計閘前行進流速，試判別第二段渠道中的水流為緩流或急流？并定性繪出兩段渠道中的水面曲線（兩段渠道均充分長）。（提示：能量方程求出流量，在求出臨界水深以及臨界底坡）（15分）解：兀二 e = 0.62 1二 0.62m由能量方程得2 2Vc_土2g 2g2g(H -he)2 9.8 (14一.62) = 15.44m/s1 0.1Q = AcV

22、 c = he bVe3= 0.62 3 15.44 = 28.72m /shK = 3Q2gb2沁2 = 2.11m9.8 32臨界水深時所對應的個水力要素為:k = b 2hK=3 2 2.11 = 7.22mCkiK丄（叫6gCK BK_K2)K9.8 7.220.047.2224.4623= 0.0394由于i,故第二段渠道為陡坡， 流。且綜合分析其水面線為b2型降水曲線，h： hK水流為急3、某矩形斷面渠道中筑有一溢流壩。已知渠寬3b = 18m，流量Q= 265m /s，壩下收縮斷面處水深當壩下游水深ht5m時，試（1）判別收縮斷面處和壩下游的流態(tài)？ （2）下游是否需要修建消能工？

23、（hc = 1.1m15分)解:(1)Q 2653q14.72m /s mb 1814722 = 2.81m9.8hc = 1.1 m ：: hK， ht = 5m hK收縮斷面處為急流，下游水流為緩流，所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。hr(18ghc0.6(.1 814.7223 1) = 5.81m9.8 1.14、如圖所示為一平面閘門（10 分）ht : hc，下游發(fā)生遠離式水躍。AB，寬b=5m，閘門在水深H = 8m下工作。求閘門所受靜水總壓力的大小和作用點。2 2淚9 8漢8Pb5=1568KN解：22H 8e2.67m3 35、圖示一跨河倒虹吸管，管道直徑d =1.0m，管道總長I

24、=50m，折角、進口和出口的局部水頭損失系數分別為Z 1=0.2 , Z 2=0.5 , Z 3=1.0，沿程水頭損失系數入=0.024，上下游水位差H = 5m，求通過的流量 Q ?繪制管道的 總水頭線和測壓管水頭線（15分）解:按短管計算1二 0.568吟+崇Jo.24嚅說枠O”.。Q = %A 2gH =0.5681.02-2 9.8 5 = 4.41m3/s4水力學答案一、選擇題（每小題 1分，共5分）1. B2.D3.C4.B5.A二、填空題（每空 2分，共12分）1、2; 水深22、降低；m/s3、減小4、水深和斷面平均速度5、減??；不變6、流量和水頭；流量三、簡答題（每小題 5分

25、，共18分）1、答：（1）雷諾數Re的物理意義：它表征液流慣性力與粘滯力的對比關系，即Re二vd/v。在水力學中主要用它來判別液流的型態(tài)是層流還是紊流。佛汝德數Fr的物理意義：它表征液流慣性力與重力兩種作用力的對比關系。其能量意義是表示過水斷面單位重量液體平均動能與平均勢能之比的二倍開平方，即h在水力學中主要用它判別水流的流態(tài)是緩流、臨界流或急流。2、答：壓力管道中，由于管中流速突然變化，引起管中壓強急劇增高（或降低），從而使管道斷面上發(fā)生壓強交替升降的現象，稱為水擊。工程上常常采取以下措施來減小水擊壓強：（一）延長閥門（或導葉）的啟閉時間 T（二）縮短壓力水管的長度（三）修建調壓室（四）減小

26、壓力管道中的水流流速 v03、答：（1 ）沿程水頭損失實測裝置設備從水位恒定的水塔引出管道，與需要測量水頭損失的新鋼管相聯(lián)，為了便于操作和計算，該管水平放置，兩端各開一個測壓孔，測壓孔直徑d =6.0mm左右的測壓管，用橡皮管與壓差計相連接。測壓孔間距l(xiāng)視采用壓差計類型和測量精度而定，做到讀數準確，誤差在5 %以內。在測壓孔兩端設 A、B兩個閘閥，控制流量與排氣。閘閥距測壓孔距離應大于（610） d, （d為新鋼管直徑）避免閘閥后旋渦水流對測壓管測流的影響。在管道出口采用重量法或體積法測量流量。也可在管路上裝流量計測量流量。工作原理水塔水位恒定，當閘門開度一定時，管中通過的流量一定，測出流量。管道直徑保持不變，經過管道的水流為 有壓均勻流，水力坡度與測壓管坡度相等，由壓差計測出壓差經簡單換算即得長度為L的管道的沿程水頭損失，即!p1 一 P2 丄 f、丄 1 / 22 I p1 一 P2hf -