电大2011年__水力学形成性考核册_

1、1 水力学作业1 (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/m2，则该点的相对压强为（ b ）a、10 kn/m2b、-10kn/m2c、12 kn/m2d、-12 kn/m2 二、填空题 （每小题 3 分，共计 9

2、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/m2，则该点的绝对压强值为118 kn/m2，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么？姓名：学号：得分：教师签名：2 ab0.5m0.2m0.3m0.6m0.4m油水银c d e

3、c d e 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题 5 1 题 5 - 2 六、计算题 （共 4 题，计 50分）1. 如图所示

4、，平板在水面上作水平运动，速度为 v=10cm/s，平板与下部固定底板的距离为 =1mm， 平板带动水流运动速度呈直线分布，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：=1.00210-3ns/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 10-3100=0.1002n 2. 图示为复式比压计，各点的高度如图所pgh1 pg(h1+h2) pg(h1+h2+h3) pg(h1+h2) pg(r1+

5、r2) 3 示，已知油的密度为油=800kg/m3，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g0.5 pd=pc 汞g0.2 pe=pd +油g0.3 pb=pe 水g0.6 汞g0.4 pb= pa+水g0.5 汞g0.2+油g0.3 水g0.6 汞g0.4 pa pb=水g0.1+汞g0.6 油g0.3 =19.80.1+13.619.80.6 0.89.80.3 =78.596kn/m23. 如图所示矩形挡水闸ab，已知水深h=3 m，板的宽 b2.5m，求作用在矩形平板ab 上的静水总压

6、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：fp=pca=ghca=pg(h/2)hb=1/2pgh2b =1/219.8322.5=110.25kn 静水总压力fp 的作用点为：mhhbhhbhyayiycccd2=332=32=2+2121=+=3即总压力的作用点位于水面下2 米处。4. 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。hdh4mabarodbcep4 （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：knbrrghbhgpghcaxf

7、px9 .1679=506sin6)06sin621+4(9.81=sin)sin21+4(=)21+4(=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=aeec=4(6 - 6cos60o)=12m2扇形 eob的面积 =(60/360) r2=(1/6) 3.1462=18.84 m2三角形 cob 的面积 =(1/2) bcco=(1/2) 6sin60o6cos60o=7.79 m2压力体 eabb的体积 =（12+18.84 - 7.79）5 =115.25m3所以，垂直分力fpz = pgv = 19.8115.25=1129.5kn（反向向上）闸门上的静水

8、总压力knfffpzpxp3.2024=5 .1129+9.1679=+=2222（2）fp和水平线的夹角为 ，672.0=9.16795.1129=tanpxpzff=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） 】形考作业二：(第 3、4 章)5 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、1.752.0 次方关系； d、不

9、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、8 b、 4 c、2 d、1 4、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、2 b、1 c、0.5 d、 0.25 5、层流断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

10、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。（）7

11、、根据达西公式hf =gvrl242，层流沿程水头损失与流速平方成正比。（）8、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）6 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

12、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 = 10 mm，通过流量q = 20 cm3/s，运动粘度 = 0.0101 cm2/s。问管中水流流态属层流还是紊流？若将直径改为d = 30 mm，水温、流量不变，问管中水流属何种流态？（8 分）解： （1）运动粘度 = 0.0101 cm2/s，而管道截面积 a=d2/4，v=q/a，则管道流动的雷诺数：)(re20002523=100.010110103.1410204=4=re4-3-6kdqvd管道水流为紊流。（2）管

13、道流动的雷诺数4=redqvd，故可知水温、流量不变，管径扩大3倍后的雷诺数)2000(re841=252331=re31=)(34=rekdq将直径改为d = 30 mm，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=5 m，管嘴局部水头损失系数=0.2，取动能校正系数=1。求管嘴的出流速度v 及此射流达到的高度z。（ 12 分）解： （1）以管嘴出口为基准面，对水面1 和管嘴出口2 列能量方程，得：2g+2g+0+0=0+0+h22由 h=5 m，=0.2，=1 得1 2 3 7 2g2 .0+2g=h2

14、25=9.822 .0+9.8222=9.04m/s (2) 以管嘴出口为基准面，管嘴出口2 和水面 3 列能量方程，得：0+0+z=2g+0+02由=9.04m/s，=1 得m17.4=9.8204.9=2g=z223 、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：smddgk/0014.0=1)02. 0/05. 0(8 .92405.03.14=1)/(24d=5. 24242121管路中通

15、过的流量：smq/0003.0=05.00014.098.0=hk=34 、 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p=49kn/m2，求水流对喷嘴的水平作用力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：x 8 smvavq/0031.0=075.03.14417.0=d41=3221111smvddv/625.2=7.0)02.0/075.0(=)/(=212212对喷嘴建立x 方

16、向的动量方程，=1 得：pa1 f=q(v2x v1x) f= pa1 q(v2 v1)=49(1/4) 3.140.0752 - 110.0031(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。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h = 2m，糙率 n = 0.025，试求 500m 长渠道中的沿程水头损失。（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=10m 水力半径mxar2.1=1012=smaqv/17.1=1214=根据舍齐

17、公式，沿程水头损失：mlrvnhf335.0=5002.117.1025.0=3/4223/422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，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、4 3、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 ）9 b、 重合；b、相平行的直线；c、相平行呈阶梯

18、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。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

19、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。10 l2h sl3l16060z河道渠道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) (a) (b) 七、计算题

20、（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l1 = 10m，l2 =5m， l3 =12m，虹吸管进口安装无底阀的滤网（= 2.5）,管道有两个60o的折角弯管（ =0.55） 。 （12 分）求： （1）通过虹吸管的流量。（2）当虹吸管内最大允许真空值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，当不计行近流速时， 可按照淹没出流公式测 压 管 水 头 线总 水 头 线v0=0 kki1=0i2ikkki1iki3iknnn1n1n2n2n

21、3n3b b 11 来计算流量。先计算管道流量系数：443.0=55.02+5.2+12+5+10022.01=b+1=e321cddlll虹吸管的流量：smgzaq/35.0=)118120(8 .92)44.014.3(443.0=2=32c（2）虹吸管的最大真空发生在管道的最高位置。即bb 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：bwbsahgvpgphgvpgp02200+2+=2+0其中，gvdllhbw2b)+(=2e210，v=q/a=0.35/(3.14 0.22)=2.79m/s，取 =1.0，v00，代入得则：gvdllpgppgpba2)b+

22、1(+h=2e21s式中pgppgpba是断面 b b 的真空值，它满足即，7m=hvpgppgpbav2e21sh2)b+1(+hgvdll故虹吸管的最大安装高度：gvdll2)b+1 (hh2e21vsm06.5=8 .9279.2)55.0+5 .2+4 .05+100.22+(17=212 2、 底宽 b = 1.5 m 的矩形明渠， 通过的流量为q = 1.5 m3/s， 已知渠中的水深h = 0.4 m，则判断该处水流的流态。（7 分）解：求临界水深hk：q=q/b=1.5/1.5m3 (sm)= 1m3 (sm) mhk407.0=9.811=gq=3232用临界水深判别：hohk，所以下游水流是缓流。cchchti = 01 1 t t 0 0 14 根据能量方程，以渠道底为基准面，对断面1 1 和 t t 建立