电大水利水电专科水力学形成性考核册答案

1、电大【水力学（ B）】形成性考核册答案电大【水力学（ B）】形考作业一：（第 1、2 章）一、单项选择题 （每小题 3分，共计 12 分）1. 静止液体中同一点各方向的静水压强（ a）a、大小相等 ;b、大小不等 ;c、仅水平方向数值相等 ;d、铅直方向数值为最大。2. 在平衡液体中，质量力与等压面（d）a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。3. 液体只受重力作用，则静止液体中的等压面是（b）a、任意曲面； b、水平面 c、斜平面； d、旋转抛物面。4. 液体中某点的绝对压强为 88kN/m 2，则该点的相对压强为（ b）2 2 2 2 a、10kN/m2b、-10kN/m2c、12kN

2、/m2d、-12kN/m 2二、填空题（每小题 3分，共计 9 分）1. 牛顿内摩擦定律适用的条件是层流运动和牛顿流体。2. 液体中某点的相对压强值为 20kN/m 2，则该点的绝对压强值为 118kN/m 2，真空度为不 存在。3. 当压力体与受压面位于同一侧，则铅垂方向作用力的方向是向下。三、判断题（每小题 3分，共计 9 分）1. 理想液体是不考虑液体粘滞性的理想化的液体。（）2. 图中矩形面板上的静水总压力作用点D 与受压面的形心点 C 重合。（×）3. 静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。（×）四、问答题（每小题 5分，共计 10 分）1. 液体的基本特征是什

3、么？答：液体的基本特征是易流动、不易被压缩、均匀等向的连续介质。2. 什么是液体的粘滞性？它对液体运动有什么影响？答：对于流动的液体，如果液体内部的质点之间存在相对运动，那么液体质点之间也要 产生摩擦力来反抗这种相对运动的发生，我们把液体的这种特性称为粘滞性；由于粘滞性 的存在，液体在运动过程中要克服粘滞助力作功而消耗能量，所以粘滞性是液体在流动过 程中产生能量损失的根源。五、作图题（每小题 5分，共计 10 分）1. 试绘制图中 AB 面上的静水压强分布图2. 试绘制图中曲面 ABC 上的水平方向静水压强分布图及压力体图pgh1pg(h1+h2)pg(h1+h2)pg(h1+h2+h3)题

4、5 1 题 5-2运动，板的度呈六、计算题（共 4 题，计 50 分）1. 如图所示，平板在水面上作水平 速度为 v=10cm/s，平板与下部固定底 距离为 =1mm ，平板带动水流运动速 直线分布，水温为 20C，试求：作用平板单位面积上的摩擦力。 （12 分）解 :因为水流运动速度呈直线分布，则流速梯度为常数，即：du/dy=0.1/0.001=100查表 1-1，温度为 20时水的动力粘滞系数为： =1.002× 10-3N· s/m2根据牛顿内摩擦定律，平板单位面积上的摩擦力为：=×（ du/dy）=1.002×10-3×100=0.1

5、002N2. 图示为复式比压计，各点的高度如图所 示，已知油的密度为 油 =800kg/m 3，水银的 密度为水的密度 13.6 倍，求 A， B 两点的压 强差。（12 分）解:图中等压面为 C-C ，D-D ， E-E 。计算如下：PC=PA+水 g× 0.5PD =PC汞 g× 0.2PE=PD+油 g× 0.3PB=PE水 g× 0.6 汞 g×0.4PB=PA+水 g×0.5汞g×0.2+油 g×0.3水 g× 0.6汞g×0.4PA PB= 水 g× 0.1+汞 g

6、5;0.6油 g×0.3 =1×9.8×0.1+13.6×1×9.8×0.60.8×9.8×0.3 =78.596KN/m23. 如图所示矩形挡水闸 AB，已知水深 h=3m，板的宽 b 2.5m，求作用在矩形平板 AB 上的 静水总压力大小以及作用点处的水深。 （12 分） 解 :依题意作用在闸门 AB 上的静水总压力 FP 应为：2 Fp=pcA= ghcA=pg(h/2) ×hb=1/2×pgh2b静水总压力Fp 的作用点为：yD = I c13bh3h212h2+ yc = + = h

7、= Aycch23c 2bh2×3= 2m3即总压力的作用点位于水面下2 米处。=1/2×1×9.8×32×2.5=110.25KN4. 图示为溢流坝上的弧型闸门。已知R=6m，弧门宽 B=5m， =60 °，试求：（ 1 ）作用在弧型闸门上的静水总压力。（10 分）（2）静水总压力作用点 hD 的位置。（ 4 分）解：（1）计算水平分力：11Fpx = pghcAx = g(4 + 2 H )×HB = g(4+ 2 R sin ) ×Rsin B1= 1×9.8 ×( 4 + 2 ×

8、;6 ×sin 60°)×6 sin 60°×5 = 1679.9KN计算垂直分力：垂直分力等于压力体 eabB 的水重。长方形 abce面积=ae× ec=4×(6-6×cos60o)=12m2扇形 eoB的面积 =(60/360)××R2=(1/6)×3.14×62=18.84m2 三角形 coB的面积 =(1/2)×Bc×co=(1/2)×6sin60o×6cos60o=7.79m2 压力体 eabB的体积 =(12+18.84-

9、7.79)×5=115.25m3所以，垂直分力 Fpz=pgv=1 ×9.8×115.25=1129.5KN(反向向上) 闸门上的静水总压力 Fp = Fpx2 + Fpz2 = 1679.92 + 1129.52 = 2024.3KN2）Fp和水平线的夹角为 ， tan=FpzFpx1129.51679.9= 0.672=33.90o 因为曲面是圆柱面的一部分，各点压强都垂直于圆柱面，且同通过圆心 O 点， 所以总压力 Fp的作用线必通过 O 点， Fp的作用点距水平面的距离：hD =4+Rsin =4+6sin33.90o=7.35m电大天堂【水力学（ B）】

10、形考作业二：（第 3、4 章）一、单项选择题 （每小题 2分，共计 10 分）1、紊流粗糙区的水头损失与流速成（ b）a、一次方关系； b、二次方关系； c、 1.75 2.0 次方关系； d、不能确定2、已知液体流动的沿程水头损失系数与边壁粗糙度和雷诺数 Re 都有关，即可以判断该液体流动属于（ c）a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区3、有压管道的管径 d 与管流水力半径的比值 d/R= （b）a、 8b、4c、 2d、14、已知突扩前后有压管道的直径之比d1/d2=1： 2，则突扩前后断面的雷诺数之比为（ a）a、2b、1c、0.5d、 0.255、层流断

11、面流速分布规律符合（ c）a、对数分布； b 直线分布； c、抛物线分布； d、椭圆分布。二、填空题（每小题 2分，共计 8 分）1、恒定流时流线与迹线重合。2、实际液体在流动时产生水头损失的内因是液体的粘滞性， 外因是边界条件的影响。3、雷诺试验揭示了液体存在 层流_和紊流 _两种流态，并可用临界雷诺数来判别液流的流态。4、在等直径长直管道中，液体的温度不变，当流量逐渐增大，管道内的雷诺数Re 将逐渐增大。三、判断题（每小题 2分，共计 16 分）1、根据连续性方程，流速与过流断面面积成正比。（×）2、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（×）3、只有过水断面上各点

12、流速相等的流动才是均匀流（×）4、均匀流与渐变流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流。（×）5、判别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数Re 为 2000。（）6、层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。（×）l v27、根据达西公式 hf= l v ，层流沿程水头损失与流速平方成正比。 （×） f 4R 2g8、紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。（×）四、问答题（每小题 5分，共计 10 分）1、有人说“均匀流一定是恒定流” ，这种说法是否正确？为什么？ 答：这种说法是错误的，均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言，即运动 要素

13、沿流程不变，而恒定流是相对于时间而言，即运动要素不随时间而变。两者判别标准不同。2、根据尼古拉兹实验，简单叙述沿程水头损失系数在不同流态的变化规律。答：通过尼古拉兹实验可以发现 ：在层流中 仅是雷诺数 Re 的函数并与 Re成反 比；在层流到紊流过渡区， 仅是 Re 的函数；在紊流光滑区 =f1（Re）；过 渡区=f2（Re，/d）；粗糙区=f3（/d），紊流粗糙区又称为阻力平方区。五、计算题（共 5 题，计 56 分）1、 管道直径 d=10mm ，通过流量 Q=20cm3/s，运动粘度 =0.0101cm 2/s。问管中水流 流态属层流还是紊流？若将直径改为d= 30mm，水温、流量不变，

14、 问管中水流属何种流态？（8 分）解：（ 1） 运动粘度 =0.0101cm2/s，而管道截面积 A= d2/4， v =Q/A ， 则管道流动的雷诺数：-6vd 4Q4×20 ×10-6Re = = = -3 -4 = 2523 2000（Re k ） d 3.14×10×10-3 ×0.0101×10-4k管道水流为紊流。（2）管道流动的雷诺数 Re= vd = 4Q ，故可知水温、流量不变，管径扩大 3 d 4Q 1 1倍后的雷诺数 Re = = Re= ×2523 = 841 2000（Re k ） （3d） 3 3

15、 k将直径改为 d=30mm，水温、流量不变，管中水流是层流。2、图示水箱一侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5m ，管嘴局部水头损失系数 =0.2，取动能校正系数 =1。z。（12 分）1 和管嘴出口求管嘴的出流速度 v 及此射流达到的高度解：（1）以管嘴出口为基准面，对水面量方程，得：22 h+0+0= 0+0+2g 2g由 h=5m ， =0.2 ， =1 得22 h =+ 0.2 ×2g 2g22+ 0.2 ×= 52 ×9.82 ×9.8=9.04m/s（2）以管嘴出口为基准面，管嘴出口2和水

16、面 3 列能量方程，得：20+0+ = z+0+02g由 =9.04m/s， =1 得29.042z = = = 4.17m2g 2 ×9.83、已知如图所示的文丘里管流量计，管的直径d1=5cm ，d2=2cm，1 断面与喉管断面的测压管水头差为 h=5cm，如果文丘里管流量计流量修正系数 =0.98，求管路中通过流 量 Q 为多少？（不计水头损失） （ 12 分）解：计算文丘里管常数：d122g4k = 14 (d1 /d2) 4 13.14×0.0522×9.8(0.05/0.02)4 1 = 0.0014m /sQ = kh= 0.98×0.00

17、14p=49kN/m 2，求水流对喷嘴× 0.05 = 0.0003m3 /s管路中通过的流量：4、某 水 平 管 路 的 直 径 d1=7.5cm ， 管 内 流速 v1=0.70m/s，管路末端接一渐缩喷嘴通入大气（如图） 。 喷嘴出口直径 d2=2.0cm ，用压力表测得管路与喷嘴接头处压强 的水平作用力 F（取动量校正系数为 1）（12 分）解：取管路 1-1 断面和管嘴 2-2 断面为计算 断面，根据连续方程得：1 2 1 2 3Q = v1A1 = v1× d1 = 0.7× ×3.14×0.075 = 0.0031m /s 442

18、2v2 = (d1/d2)2×v1 = (0.075 / 0.02)2 ×0.7 = 2.625m / s 对喷嘴建立 x方向的动量方程， =1 得：pA 1F = Q(v 2xv1x)F =pA1Q(v2v1)=49×(1/4)×3.14×0.0752-1×1×0.0031×(2.625-0.7) =0.21KN水流对喷嘴的水平作用力 F 与 F大小相等，方向相反。h=2m，5、有一浆砌块石的矩形断面渠道， 宽 b=6m ，当 Q=14.0m3/s 时，渠中均匀水深 糙率 n=0.025，试求 500m 长渠道中

19、的沿程水头损失。 （12 分） 解：计算渠道断面水力要素： 过流断面面积 A=bh=6 × 2=12m2 湿周 =b+2h=6+2 ×2=10mA 12水力半径 R = = =1.2mx 10Q 14v = = =1.17m/sA 12 根据舍齐公式，沿程水头损失：n2v20.0252 ×1.172hf4/3 l = 4/3×500 = 0.335mR 1.2电大天堂【水力学（ B）】形考作业三：（第 5、6、7 章）一、单项选择题（每小题 2 分，共计 10 分）1、 根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为（a）a、 长管，短管； b、复杂管道，

20、简单管道； c、并联管道，串联管道；2、矩形水力最佳断面的宽深比 =（b）a、 1；b、2； c、3； d、43、在缓坡明渠中不可以发生的流动是（b）a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。4、长管的总水头线与测压管水头线（ b）b、 重合； b、相平行的直线； c、相平行呈阶梯状。5、水流在明渠中的流态为缓流时，其水深h>hk ，弗汝德数 Fr1。（ c）a、 ， ； b、 ， ； c、 ， ；d、 ， 。二、填空题（每小题 2 分，共计 4 分）1、在水击计算中阀门关闭的时间 Ts 水击相长 Tr 的水击，称为直接水击，把 Ts Tr 的 水击称为间接水击。

21、2、 a2 型水面曲线是发生在陡坡上的急流（指急流或缓流）的水面线，这时弗汝德数 Fr 沿程减小（指增大、减小或不变）三、判断题（每小题 2分，共计 12 分）1、 水泵的扬程就是指提水的高程。 （×）2、 同样条件下直接水击比间接水击更不安全。 （）3、在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。 （×）4、在流量和渠道断面形状一定的条件下，水跃的跃后水深随跃前水深的增大而增大。 （×）5、断面比能沿流程总是减小的。 （×）6、陡坡渠道中产生均匀流必定是急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。（）四、问答题（每小题 4 分，共计 8 分）1、 简述明渠均匀流的特征。 书

22、本 P148 面2、判别明渠水流的流态有哪几种方法？答：有四种方法：（1）用弗德德数判别 （2）用微波波速判别 （ 3）用临界水深判别 （4） 用临界流速判别五、作图题（共 2题，计 8 分）1、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。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(a)(b)七、计算题 （共 6 题，计 58 分）1、图示用直径 d=0.4m 的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌溉渠道引水， 河道水位为 120m ， 灌溉渠道水位 118m，虹吸管各段长度为 l 1=10m ， l 2=5m ， l 3=12m ，虹吸管进口安装无底阀 的滤网（

23、 =2.5） ,管道有两个 60o的折角弯管（ =0.55）。（ 12 分）l2 B值当式求：（1）通过虹吸管的流量。（2）当虹吸管内最大允许真空 hv=7.0m 时，虹吸管的最大安装高度。 解： （1）虹吸管的出口淹没在水面以下， 不计行近流速时， 可按照淹没出流公 来计算流量。 先计算管道流量系数：c=1 = 0.443 10+5+120.022 ×+2.5+ 2×0.55d虹吸管的流量：23.14 ×0.423Q=CA 2gz = 0.443×()× 2×9.8×(120 118) =0.35m3/s4（ 2）虹吸管的

24、最大真空发生在管道的最高位置。即B B 断面。 以上游河面为基准面，对断面 00和断面 BB 建立能量方程：2pa0v0pB0+ + = hs +pg 2g s pg2v+2gw0 B其中，l1 + l 2 hw0B =( d+ e +2 v2b×) ，v=Q/A=0.35/(3.14 ×0.22)=2.79m/s，取 =1.0， 2gv00，代入得则：PaPBl1 +l 2e+= h s + (1+pg pgv2b) 2g式中 PapgPB是断面 pgPBhs+(1+l1 +l2sdPaBBB 的真空值，它满足a B hv = 7m，即pg pg v2 v + e + b

25、)2g故虹吸管的最大安装高度：l1 +l2+e+h s hv (1+ v2b) 2g10+5 2.792=7 (1+0.22×100.+45+2.5+0.55)×22.×799.8=5.06m2、底宽 b=1.5m 的矩形明渠，通过的流量为 Q=1.5m3/s，已知渠中的水深 h=0.4m ，则 判断该处水流的流态。 （7 分）解：求临界水深 hk：33q=Q/b=1.5/1.5m (s· m)=1m (s· m)22q2 3 1×12= 3 = 0.407mg 9.8分)解：根据矩形断面明渠临界水深公式，求矩形断面的单宽流量：hkq

26、2=3 q，其中，= 1，hk = 1.37得 gk用临界水深判别： ho<hk，所以该处水流的急流。3、已知底宽为 b=6m 的矩形渠道中， 临界水深为 hk=1.37m，求渠道内通过的流量 Q。( 71×q21.37 =3 q=5.021m (s· m) 所以， Q=qb=5.02 × 6=30.12m3/s3 9.84、有一混凝土护面的梯形渠道， 底宽 b=10m ，正常水深 h=3m，边坡为 1:1，底坡 i=0.001， 糙率 n=0.014。如流动在紊流粗糙区，求谢才系数C 和均匀流的 Q 流量。(10 分)解： 计算梯形断面的水力要素：2A=(

27、b+mh)h=(10+1 × 3)×3=39m2=b+2h 1+m2 = (10 + 2×3 1+12) = 18.485mR=A/ =2.11m故，c= 1R1/6 = 1 2.111/6 =80.89m1/2 /sn 0.014Q = AC Ri =39×80.89× 2.11×0.001 = 144.91m3 /s5、有一矩形断面混凝土渡槽 (n=0.014)，底宽 b1.5m,槽长 L 116.5m。进口处槽底高程 =52.06m，当通过设计流量 Q7.65m3/s 时，槽中均匀流水深 h0=1.7m，试求渡槽出口的 底高程

28、2？( 10 分)解：计算矩形断面的水力要素：渡槽断面面积： A=bh0=1.5×1.7=2.55m2湿周： x=b+2h0=1.5+2×1.7=4.9m水力半径： R=A/x=0.5211舍弃系数： c = 1 R1/6 = 1 0.521/6 = 64.05m1/2 /sn 0.014根据明渠均匀流公式，计算 iQ = AC Rii=Q2/A2C2R=7.652/64.052×2.552×0.52=0.0042 z1 z2i=lz2 = z1 il =52.060.0042×116.5=51.57m6、在矩形断面水平渠道中设一平板闸门，如图

29、所示，闸门与渠道同为宽度 孔出流量 Q=12m3/s，闸下收缩断面水深 ht=1.4m，求跃前水深并判别水跃发生的位置。解：1）跃前水深求临界水深 hkq Q 12 m3 / s m 3m3 / s m b4hk 3 aqg3 19.38 0.972m0b=4m，闸hc=0.4m，产生水跃与下游水流衔接，下游水深 （ 12 分）因为 ht>hk，所以下游水流是缓流。根据能量方程，以渠道底为基准面， 对断面 11 和 tt 建立能量方程。1v12tvt2H21vg1ht2tvgt hw忽略行进水头，则 v1=0，取1，不计水头损失。 vtQ 12 2.14m/st b ht 4 1.41

30、2.142H 0 1.4 02 9.8求得 H=1.6m.（2）判别水跃发生的位置 先求收缩断面水深 hc 的共轭水深 hc'h''hchc''2c1 8 gqhc310.42321 8 3 19.8 0.431.952m 因为ht<hc'，'为远驱式水跃衔接，水跃发生在 ht 的共轭水深处 hth''htht''2t1 8 gqht311.421 832 3 19.8 1.430.642m电大天堂【水力学（ B）】形考作业四：（第 7、8 章）、单项选择题（每小题 2 分，共计 16 分）1、闸孔出

31、流的流量与闸前水头的（ d）成正比。a、1次方 b、2次方 c、3/2次方 d、1/2次方2、溢流堰的过堰流量与堰顶水头的（ c）次方成正比。 a、1次方 b、2次方 c、3/2次方 d、1/2 次方3、底流式消能池中产生的水跃应该是 （a） a、远离式水跃， b、临界水跃， c、强淹没水跃，d、淹没系数为 1.05 1.1 的弱淹没水跃4、对于底坎为平顶堰的闸孔，相对开度e/H>（ a）时的水流运动为堰流。a、0.65b、 0.67c、 0.75d、 2.55、渗流研究的对象是（ a）的运动规律。a、重力水； b、毛细水； c、气态水； d、薄膜水。6、按重力相似准则设计的水力学模型，

32、长度比尺 L=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（ d）a、 1 米，Q=1000；b、10 米， Q=100；c、1 米，Q=100000；d、10米， Q=100000。7、测量水槽中某点水流流速的仪器有（ b）a、文丘里计 b、毕托管 c、测压管 d、薄壁堰8、泄水建筑物下游发生远驱水跃， 下游收缩断面水深 hc 的共轭水深 hc'' 下游河道的 水深 ht。（ c）a、 ， b 、 ， c、 。二、判断题（每小题 2分，共计 12 分）1、其它条件相同时，实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数。（）2、影响 WES 实用堰流量系数的两个因素

33、是：实际水头H 与设计水头 Hd之比，上游堰高 P 与设计水头 Hd 之比。（）3、底流消能消力池深度是以通过的最大流量作为设计流量的。（×）4、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。（）5、两个液流只要在相应点的速度和加速度的大小成比例，则两个液流就是运动相似的。 （）6、棱柱体明渠恒定渐变流的水面曲线有12 条，而地下河槽无压渗流的浸润曲线只有 4条。（）三、问答题（每小题 4分，共计 12 分）1、简述堰的分类和相应的水流运动特征。详见 P206，堰流的分 3 类： 1、薄壁堰流 2、实用堰流 3、宽顶堰流2、简述泄水建筑物下游有哪几种消能形式和它们的特点。

34、详见 P227，泄水建筑物下游有 3 种消能形式 1、底流消能与衔接 2、挑流消能与衔接3、面流消能与衔接3、建立渗流模型应遵循哪些原则？详见 P242，（ 1）（2）（ 3）（ 1）通过渗流模型的 流量 必须和实际渗流的 流量 相等。（ 2）对同一作用面，从渗流模型得出的 动水压力 ，应当和真实渗流 动水压力 相等。（ 3）渗流模型的 阻力 和实际渗流应相等，也就是说 水头损失 应该相等。四、计算题（共 5 题，计 60 分）1、有一 5 孔 WES 型实用堰。每孔净宽 b 8.0m，堰高 P=50m，堰顶设计水头 H 3.2m，溢流堰下接远离式水跃。已知 WES 型实用堰的设计流量系数 m

35、d 0.502，侧收缩系 数 0.96，（10 分）（ 1）求实用堰的设计流量 Qd，（2）如果实测堰顶设计水头 H 4.0m，过堰流量 Q为 500m3/s，试求流量系数 解：（ 1）P/H= 50/3.2=15.6>1.33 是高堰，且溢流堰下接远离式水跃， 为非淹没， 实用堰的流量， s=1，得：Qdsmdnb 2gH 32 1×0.96×0.502×5×8× 19.6 3.232 =488.52m3/s（2）当 H4.0m， Q=500m3/s时， P/H= 50/4=15.6>1.33 是高堰，为非淹没， 实用堰 s=1，得：Qsmnb 2gH 2500 1×0.96×m×5×8× 19.6 4 2求得： m=0.3682、某平底坎水闸，共有 10 孔，采用平板闸门，每孔宽度为 b=4m，闸门开度 e=2m，下 游水深 ht=3m，当通过闸孔的流量 Q= 470m 3/s 时，求闸前水头为多少？（ 8 分）解：忽略行进水头，先假设闸孔为自由出流， （0.6 0.176 He ）