水力學(xué)綜合練習(xí)及解析

水力學(xué)綜合練習(xí)一、判斷題1.流動(dòng)的液體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，液體質(zhì)點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生反抗這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力，這種特性稱(chēng)為黏滯性。（）2.靜水壓強(qiáng)的方向平行并指向作用面。（）3.不可壓縮恒定總流的連續(xù)性方程對(duì)理想液體和實(shí)際液體都適用。（）4.層流的沿程水頭損失系數(shù)與雷諾數(shù)成正比。（）5.圓管層流的流速沿徑向是按拋物線規(guī)律分布的。（）6.判別水流是層流或紊流流態(tài)的無(wú)量綱數(shù)是雷諾數(shù)Re。（）7.明渠非均勻流的底坡線、水面線、總水頭線三者總是平行的。（）8.堰流是急變流，是位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過(guò)程。（）9．在溫度不變的情況下，牛頓流體的黏滯系數(shù)是變量，隨著流速梯度而改變。（）10．僅在重力作用下，靜止液體內(nèi)各點(diǎn)，對(duì)同一基準(zhǔn)面的單位勢(shì)能均相等。11．水力半徑全面反映了水流橫向邊界特征對(duì)于過(guò)流能力和水流阻力的綜合影響。12．圓管層流的流速沿徑向是按直線規(guī)律分布的。（）13．明渠均勻流的底坡肯定是逆坡。（）14．在明渠均勻流中，斷面比能保持沿程不變。（）15．一般情況下閘孔出流的能量損失主要是局部水頭損失。（）二、單項(xiàng)選擇題1．牛頓內(nèi)摩擦定律 （） A所有流體均適用B只適用于膨脹流體C只適用非牛頓流體D只適用于牛頓流體2．液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為108kN/m2，則該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為（）A1kN/m2B2kN/m2C8kN/m2D3．液體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不同時(shí)刻所流經(jīng)空間點(diǎn)的連線稱(chēng)為（）A跡線B流線C總水頭線D測(cè)壓管線4．水流在流動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)要素不隨流程而改變的流動(dòng)，稱(chēng)為A非均勻流B恒定流C均勻流D緩流5．按長(zhǎng)管計(jì)算的管道流動(dòng)的總水頭線與測(cè)壓管水頭線（）A相重合B是平行的直線C相平行，呈階梯狀D相垂直6．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(guò)流量最大的斷面C最低造價(jià)的斷面D最小糙率的斷面76.靜水中若某點(diǎn)的真空壓強(qiáng)是20kPa，則其相對(duì)壓強(qiáng)是（） A118kPaB78kPaC-20kPaD-78kPa8.某瞬時(shí)在流場(chǎng)中繪制的一條曲線，該瞬時(shí)位于曲線上各質(zhì)點(diǎn)的速度都與這條曲線相切，這曲線是（）A跡線B總水頭線C測(cè)壓管線D流線9.以下哪種流態(tài)是不可能存在的？（）A明渠非恒定均勻流B明渠恒定均勻流C明渠恒定非均勻流的D明渠非恒定非均勻流10.水泵的揚(yáng)程是指（）A水泵提水高度B水泵提水高度+吸水管的水頭損失C水泵提水高度+吸水管與壓水管的水頭損失D吸水管與壓水管的水頭損失11.矩形斷面明渠水力最佳斷面的寬深比β等于（）A1B2C3D412.判別明渠水流流態(tài)的依據(jù)是弗汝德數(shù)，當(dāng)Fr＞1則為（）A緩流 B急流 C急變流 D臨界流三、問(wèn)答題1.用滲流模型取代真實(shí)的滲流，必須遵守哪些原則？2.動(dòng)量方程的適用條件？3．什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？4．同一邊界在不同水流條件下為什么有時(shí)是水力光滑，有時(shí)是水力粗糙？四、計(jì)算題1．如圖所示擋水矩形平板AB，已知水深h=2m，板的寬b＝4m，求作用在矩形平板AB2．溫度為10°C的水，其運(yùn)動(dòng)粘度ν＝0.0131cm2/s，管徑為d=10cm，當(dāng)管中通過(guò)的流量為Q=0.01m3/s時(shí)，試計(jì)算管中水流的流速，并判別水流流態(tài)。如果水流要轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N流態(tài)3．圖示一跨河倒虹吸圓管，管徑d＝0.8m，長(zhǎng)l=50m，管道每個(gè)30o轉(zhuǎn)折處的局部水頭損失系數(shù)ζ1=0.2，管道進(jìn)口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為ζ2=0.5，ζ3=1.0，倒虹吸管沿程水頭損失系數(shù)λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通過(guò)倒虹吸管內(nèi)的流速和流量Q4．某矩形斷面渡槽內(nèi)的水流為均勻流，渡槽長(zhǎng)l=200m，底寬b=2m，糙率n=0.015，當(dāng)渡槽內(nèi)的水深h=1m時(shí)，通過(guò)的流量Q=3.30m35.有一3孔WES型實(shí)用堰。每孔凈寬=8.0m，上游堰高P=35m，堰頂水頭H=3.2m，已知實(shí)用堰的流量系數(shù)m=0.502，側(cè)受縮系數(shù)1=0.96，堰下游收縮水深hc=0.5m，相應(yīng)寬度30m，下游水位低于堰頂，下游河道水深ht=3.5m（1）求實(shí)用堰的流量Q。（2）確定堰下游水躍銜接形式，說(shuō)明堰下游是否需要修建消能設(shè)施？（3）如采用底流式消能，消能池中的水躍應(yīng)為什么形式水躍？6．有一矩形斷面長(zhǎng)渠道內(nèi)水流作均勻流運(yùn)動(dòng)，已知渠道的底寬b=3.2m，渠中水深h=1.6m，糙率n=0.025，渠道的底坡i=0.0009，試計(jì)算渠道內(nèi)通過(guò)的流量Q，并判別渠道內(nèi)的水流是急流還是緩流?7．某輸油管道長(zhǎng)L=500m，直徑d=0.15m，流速v=0.24m/s，油的粘滯系數(shù)ν＝2.0cm2/s，試判斷此時(shí)的流動(dòng)型態(tài)；確定此管段的沿程阻力損失。8．圖示水箱一側(cè)有一向上開(kāi)口的短管，箱內(nèi)水位恒定，水流通過(guò)短管向上噴射。若短管出口至水箱水面高h(yuǎn)=5m，短管局部水頭損失系數(shù)ζ=1.2，沿程水頭損失可以忽略，取動(dòng)能修正系數(shù)α=1。忽略空氣阻力，求管嘴的出流速度v及射流達(dá)到的高度z。9.某矩形斷面渠道中建有單孔平板閘門(mén)，已知平板閘門(mén)的寬度b＝6m，閘前水深為H=5m，閘孔流量系數(shù)μ=0.45，閘門(mén)開(kāi)度e=0.5m，閘底板與渠底齊平。（1）不計(jì)閘前行進(jìn)流速水頭，按自由出流求過(guò)閘流量Q。（2）若閘下收縮水深hc＝0.4m，下游水深ht=2.5m，判斷閘下水躍銜接的形式，并確定是否需要修建消力池？練習(xí)解析一、判斷題1．√2．×3．√ 4．×5．√6．√7．×8．√9．×10．√11．√12．×13．×14．√15．√二、單選題1．D2．D3．A4．C5．A6．B7．C8．D9．A10．C11．B12．B三、簡(jiǎn)答題1．用滲流模型取代真實(shí)的滲流，必須遵守哪些原則？答：（1）通過(guò)滲流模型的流量必須和實(shí)際滲流的流量相等。（2）對(duì)同一作用面，從滲流模型得出的動(dòng)水壓力，應(yīng)當(dāng)和真實(shí)滲流動(dòng)水壓力相等。（3）滲流模型的阻力和實(shí)際滲流應(yīng)相等，也就是說(shuō)水頭損失應(yīng)該相等。2．動(dòng)量方程的適用條件？答：（1）水流是恒定流，流量沿程不變；（2）水流為不可壓縮的連續(xù)液體；（3）所選過(guò)流斷面為漸變流斷面，但是兩個(gè)斷面之間的水流可以是急變流。3．什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：液體的可壓縮性是指：當(dāng)外界的壓強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)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(dāng)外界壓強(qiáng)變化較大，如發(fā)生水擊現(xiàn)象時(shí)必須予以考慮。4．同一邊界在不同水流條件下為什么有時(shí)是水力光滑，有時(shí)是水力粗糙？答：對(duì)于某個(gè)具體邊界，粗糙度Δ是一定的；而粘滯底層厚度δ0隨紊流強(qiáng)度Re的增大而減小。因此存在3種情況：

（a）當(dāng)Re較小，δ0較大而且Δ/δ0＜0.3，邊界粗糙突起Δ對(duì)紊流運(yùn)動(dòng)沒(méi)有影響，認(rèn)為邊界是光滑的，即為紊流水力光滑區(qū)。（b）當(dāng)Re較大，δ0較小且Δ/δ0＞6，這時(shí)邊界凸起突入紊流核心，對(duì)紊流運(yùn)動(dòng)影響很大，邊界是粗糙的，為紊流水力粗糙區(qū)。（c）當(dāng)Re介于兩者之間，0.3≤Δ/δ0≤6，粘滯性和紊流都對(duì)水流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，這時(shí)紊流過(guò)渡粗糙區(qū)。

分析說(shuō)明，邊界同一個(gè)粗糙度Δ，當(dāng)水流強(qiáng)度Re不同，相應(yīng)粘滯底層厚度δ0也不同，這就構(gòu)成紊流3個(gè)不同的流區(qū)，因水流阻力不同而形成不同的水頭損失變化規(guī)律。四、計(jì)算題1．如圖所示擋水矩形平板AB，已知水深h=2m，板的寬b＝4m，求作用在矩形平板解：∵平板AB的形心點(diǎn)c的水深hc=h/2=1m∴作用在平板上的靜水總壓力為靜水總壓力作用點(diǎn)d處的水深hD=h=4/3m＝1.333m2.溫度為10°C的水，其運(yùn)動(dòng)粘度ν＝0.0131cm2/s，管徑為d=10cm，當(dāng)管中通過(guò)的流量為Q=0.01m3/s時(shí)，試計(jì)算管中水流的流速，并判別水流流態(tài)。如果水流要轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N流態(tài)，則解：管中水流的流速為m/s水流的雷諾數(shù)為因?yàn)槔字Z數(shù)Re＝972.5＜2000，管內(nèi)為層流。如果要轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲃t＞2000，則流速應(yīng)v＞=2.62cm/s3．圖示一跨河倒虹吸圓管，管徑d＝0.8m，長(zhǎng)l=50m，管道每個(gè)30o轉(zhuǎn)折處的局部水頭損失系數(shù)ζ1=0.2，管道進(jìn)口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為ζ2=0.5，ζ3=1.0，倒虹吸管沿程水頭損失系數(shù)λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通過(guò)倒虹吸管內(nèi)的流速和流量Q解：按短管淹沒(méi)出流計(jì)算，取下游水面為基準(zhǔn)面，對(duì)上下游渠道內(nèi)的計(jì)算斷面建立能量方程計(jì)算圓管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)d＝0.8m將參數(shù)代入上式計(jì)算，可以求解得到圓管內(nèi)的流速v=4.16m/s倒虹吸管通過(guò)的流量Q為Q＝vA=2.093m3/s4．某矩形斷面渡槽內(nèi)的水流為均勻流，渡槽長(zhǎng)l=200m，底寬b=2m，糙率n=0.015，當(dāng)渡槽內(nèi)的水深h=1m時(shí)，通過(guò)的流量Q=3.30m3解：矩形渡槽的斷面面積A=bh=21=2m2濕周x=b+2h=2+21=4m2水力半徑R=A/x=0.5m謝才系數(shù)C==59.39m0.5/s渡槽的底坡i==0.001544渡槽兩端斷面槽底的落差即水面落差Δh=li=0.00154200=0.308m5.有一3孔WES型實(shí)用堰。每孔凈寬=8.0m，上游堰高P=35m，堰頂水頭H=3.2m，已知實(shí)用堰的流量系數(shù)m=0.502，側(cè)受縮系數(shù)1=0.96，堰下游收縮水深hc=0.5m，相應(yīng)寬度30m，下游水位低于堰頂，下游河道水深ht=3.5m（1）求實(shí)用堰的流量Q。（2）確定堰下游水躍銜接形式，說(shuō)明堰下游是否需要修建消能設(shè)施？（3）如采用底流式消能，消能池中的水躍應(yīng)為什么形式水躍？（1）P/H=35/3.2＞1.33是高堰，且為非淹沒(méi)，實(shí)用堰的流量Q＝1mnb＝0.96×0.502×3×8×=293.3m3/s（2）下游單寬流量q=Q/30=9.78m2/s，臨界水深hk=＝2.14mhc=0.5m＜hk＜ht=3.5m，而且＝6.0m＞ht=3.5m堰下游發(fā)生遠(yuǎn)驅(qū)水躍，需要修建消力池。（3）如采用底流式消能，消能池中的水躍應(yīng)為微淹沒(méi)式水躍62．有一矩形斷面長(zhǎng)渠道內(nèi)水流作均勻流運(yùn)動(dòng)，已知渠道的底寬b=3.2m，渠中水深h=1.6m，糙率n=0.025，渠道的底坡i=0.0009，試計(jì)算渠道內(nèi)通過(guò)的流量Q，并判別渠道內(nèi)的水流是急流還是緩流？解：m0.5/s＝5.29m3/s渠道內(nèi)通過(guò)的流量Q=5.29m3/s渠道內(nèi)水流的佛汝德數(shù)為＜1水流為緩流。7．某輸油管道長(zhǎng)L=500m，直徑d=0.15m，流速v=0.24m/s，油的粘滯系數(shù)ν＝2.0cm2/s，試判斷此時(shí)的流動(dòng)型態(tài)；確定此管段的沿程阻力損失。解：1），為層流；2）管段的沿程阻力系數(shù)為管段的沿程阻力損失（油柱）8．圖示水箱一側(cè)有一向上開(kāi)口的短管，箱內(nèi)水位恒定，水流通過(guò)短管向上噴射。若短管出口至水箱水面高h(yuǎn)=5m，短管