水力学形成性考核册及参考答案

1、a 、8 b 、4 c 、2 d9、已知突扩前后有压管道的直径之比（a ）a、2 b 、1 c 、0.5 d10、层流断面流速分布规律符合a、对数分布；b直线分布；11.根据管道水头损失计算方法的不同，a、长管，短管；bc、并联管道，串联管道；12、矩形水力最佳断面的宽深比3 :a 、1; b 、2;c13、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；14、长管的总水头线与测压管水头线b、重合；b、相平行的直线；15、水流在明渠中的流态为缓流时，其水深水力学 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、

2、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/m2 b 、-10kN/m2 c 、12 kN/m2 d 、-12 kN/m 25 .过水断面是指（b）与流线平行的断面；b、与流线正交的横断面c、与流线斜交的横断面；d、与迹线正交的横断面。6、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

3、；c、1.752.0次方关系；d、不能确定7、已知液体流动的沿程水头损失系数入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8、有压管道的管径 d与管流水力半径的比值d /R =（ b ） 、1d1/d2 =1 : 2,则突扩前后断面的雷诺数之比为、0.25（c ）c、抛物线分布；d、椭圆分布管道可以分为（ a）、复杂管道，简单管道；（b ）、3; d 、 4（b ）c、非均匀缓流；d、非均匀急流。（b ）c、相平行呈阶梯状。h h k,弗汝德数 Fr1。（ c ）a、 , ; b、 （ a ）时的水流运动为堰

4、流。a、0.65 b 、0.67 c、0.75 d 、2.519、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。20、按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺入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，入 q=1000; b 、10 米，入 q=100;c、1 米，入 q=100000; d、10 米，入 q=100000。21、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22、泄水建筑物下游发生远驱水跃，下游收缩断面水深hc的共轲水深hc下游河道的水深h t。

5、（ c ）a、Tr的水击称为 间接水击。9、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）堰、闸出流都属于急变流 流,它们的主要区别在于 流堰上部没有受到闸门控制，水面是连续的，而闸孔出流受到闸门控制，水面是不连续的，因而过流能力不同。10 .溢流堰的过堰流量与堰顶水头的 _次方成正比。3/211 .当堰顶厚度 S=5成 堰为宽顶堰的堰上水头范围是 o 0,5m_h t o （ht为下游河道的水深，填写 =、巡号）。13 .工程中应用 WE或用堰与其它实用堰型相比具有下列优点便于施工控制，节省工程量。三、判断题1 .理想液体

6、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。（X）3.静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。（x）4、根据连续性方程，流速与过流断面面积成正比。（X）5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（X）6、只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流（X）7、均匀流与渐变流一定是恒定流， 急变流一一定是非恒定流。（X）8、判别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数Re为2000。（，）9、层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。（X）210、根据达西公式hf =入,层流沿程水头损失与流速平方成正比。（X）4R 2g11、紊流粗糙区的沿程

7、水头损失系数只与雷诺数有关。（X）12、水泵的扬程就是指提水的高程。（X ）13、同样条件下直接水击比间接水击更不安全。（，）14、在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（X ）15、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。（X ）16、断面比能沿流程总是减小的。（X ）17、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。（，）18、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。（，）19、影响WES；用堰流量系数的两个因素是：实际水头H与设计水头H之比，上游堰高P与设计水头H之比。（，）20、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。

8、（X ）21、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。（，）22、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。（V ）23、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。（，）四、问答题1 .液体的基本特征是什么？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

9、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。3 .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。4 .根据尼古拉兹实验，简单叙述沿程水头损失系数入在不同流态的变化规律。答：通过尼古拉兹实验可以发现： 在层流中入仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比； 在层流到紊流过渡区， 入仅是Re的函数；在紊流光滑区 入=3 （Re）;过渡区入=f2 （Re, /d ）;粗糙区入=f3 （A/d ）,紊流粗糙区又称为阻力

10、平方区。5 .总水头线、测压管水头线的关系和沿程变化的特点是什么？ 答案：均匀的总水头线和测压管水头线是相互平行的直线。6 .简述明渠均匀流的特征。过流断面的形状、尺寸和水深沿流程不变；过流断面上的流速和流速分布沿流程 不变，所以流速水头沿程不变；总水头线、测压管水头线（既水面线）和渠底线三 者互相平行。7 .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8 .简述堰的分类和相应的水流运动特征。薄壁堰流。当S/HV0.67时，过堰的水舌形状受堰顶厚度8的影响，水舌下缘与堰顶呈线接触，而且堰顶常做成锐缘形，水面为单一的

11、降落曲线；实用堰流。当0.67 V S/H2.5时，过堰水流受到堰顶的约束和顶托，水舌与堰顶呈面接触，但水面仍有单一的降 落曲线；宽顶堰流。当 2.5 v S/HV10时，堰顶厚度对水流的顶托作用更为明显，水流 在堰顶进口处出现第一次跌落后，形成与堰顶近乎平行的渐变流段，然后出现第二次跌落（下游水位较低时）。9、简述泄水建筑物下游有哪几种消能形式和它们的特点。底流消能与衔接。底能消能多用于中、低水头及地质条件较差的泄水建筑物下游；挑 能消能与衔接。多用于高水头、下游河床地质条件好的建筑物末端的消能；面流消能与 衔接。在底部旋滚和表层主流扩散的过程中实现的10、建立渗流模型应遵循哪些原则？（1）

12、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。五、作图题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1 .如图所示，平板在水面上作水平运动，速度为u=10cm/s ,平板与下部固定底板的距离为S=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.

13、1/0.001=100查表1-1 ,温度为20c时水的动力粘滞系数为：科=1.002 x 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:。=厂（du/dy） =1.002 x 10-3x 100=0.1002N2.图示为复式比压计，各点的高度如图所3不，已知油的留度为 p油=800kg/m ,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+p 水 gx0.5Pd=Pc - P 汞gx 0.2Pe=Pd +p 油gx 0.3Pb=Pe p 水gX0.6 p 汞gX0.4Pb= Pa+p

14、水gX0.5 p 汞gx 0.2+ p 油gX0.3 p 水gX0.6 p 汞gX0.4PA 自=水 gx 0.1+ p 汞 gX0.6 p 油gX0.3=1 x 9.8 x 0.1+13.6 x 1 x 9.8 x 0.6 - 0.8 x 9.8 x 0.3 2=78.596KN/m3.如图所示矩形挡水闸 AR已知水深h=3 m,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 P应为:P=pcA= p ghcA=pg(h/2) xhb=1/2 x pgh2b=1/2 X 1 X 9.8 X 32x 2.5=

15、110.25KN静水总压力P的作用点为:2 ,2八八y 0 = - h = - 3 = 2m3 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, a =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：I-11 _Fpx = pghcAx = (4 + -H )父 HB = pg(4 +- Rsin ) x Rsin oB22一 1。=1 x9,8x(4 + M6xsin60 ) x6sin60 父5 =1679.9KN 2计算垂直分力：垂直分力等于压力体eabB的水

16、重。长方形 abce 面积=aeXec=4X(6 - 6 x cos60o)=12m2扇形 eoB 的面积=(60/360) x 兀 x R2=(1/6)x 3.14 x 62=18.84 m 2三角形 coB 的面积=(1/2)x Bcx co=(1/2)x 6sin60 x 6cos60o=7.79 m 23压力体 eabB 的体积=(12+18.84 - 7.79) x 5 =115.25m所以，垂直分力 Fpz =pgv = 1 X 9.8 X 115.25=1129.5KN (反向向上)闸门上的静水总压力Fp = Fpx2 + Fpz2p , px pz/221679.9 +1129

17、.5 = 2024.3KN(2) Fp和水平线的夹角为 3 , tan 0 =FpzFpx1129.5八=0.6721679.93 =33.90 o。点，所以总压力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Fp的作用线必通过 。点，Fp的作用点距水平面的距离: hD=4+Rsin 3 =4+6sin33.90 =7.35、计算题1） 管道直径 d = 10 mm,通过流量 Q = 20 cm 3/s ,运动粘度丫= 0.0101 cm 2/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）二.运动粘度

18、v = 0.0101 cm 2/s ,而管道截面积 A=tt d2/4 , v=Q/A,则管道流动的雷诺数：vdRe =V4Q _Tld v4X20X10-6_-3-4 -3.14 X10 X10 X0,0101 X102523 - 2000(Rek)求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。(12 分)2列，管道水流为紊流。2） ） 管道流动的雷诺数 Re = vd=也，故可知水温、流量不变，管径扩大3倍后的V 记V4Q11雷诺数 Re = - Re = - X2523 = 841 y 2000（Re k）冗（3） v 33，将直径改为 d = 30 mm,水温、流量不变，管中水流是层流。2、

19、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1=0.2 ,取动能校正系数”=1。解：（1）以管嘴出口为基准面， 对水面1和管嘴出口能量方程，得：22a vvh + 0+0= 0 + 0+ 2一2g 2g由 h=5 m, t =0.2 , a =1 得2g 2g22VV+ 0.2 X= 52 X9.82 X9.8v=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:2 a v 0+0 + = Z + 0 + 02g由 v=9.04m/s , a =1 得/9.042z =4.17m2g 2 X

20、9.8d2=2cm, 1断面与喉管断面=0.98 ,求管路中通过3、已知如图所示的文丘里管流量计，管的直径d1 =5cm）的测压管水头差为 A h =5cm ,如果文丘里管流量计流量修正系数流量Q为多少？（不计水头损失）（12 分）解：计算文丘里管常数:兀1： / 2g -3.14X0.052 2 X9.84 代1 他）4 1 =4 （0.05/0.02）4 1=0.0014m2.5/s管路中通过的流量:Q = M WAT = 0.98 X0.0014 XQQ5 = 0.0003m3 /s4、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

21、）。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 2p=49kN/m ,求水流对喷嘴的水平作用力F （取动量校正系数为 1）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 _123 ,Q = v1Al = v1 X兀 6 = 0.7 XX3.14 X0.075 = 0.0031m / s4422V2 = (dd2)2 % = (0.075/0.02)2 X0.7 = 2.625m/s对喷嘴建立x方向的动量方程，3 =1得: pA1 F = 3 p Q(v2x v 1x)F = pA 1 - 3 P Q(V2 - v 1)=49 X (1/4) X 3

22、.14 X 0.0752 - 1 X 1 X 0.0031 X (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 =(12 分)2m,糙率n = 0.025，试求500m长渠道中的沿程水头损失。解：计算渠道断面水力要素:2过流断面面积 A=bh=6X 2=12m湿周 x =b+2h=6+2X 2=10m，一 A 12水力半径R = = 1.2mx 10Q 14v =一=1.17m/sA 12根据舍齐公式，沿程水头损失：2 2h -n_lhf - d4/3 l -R2

23、20.0252 1.172Z73 500 = 0.335m1.2五、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。（各渠段均充分长，各段糙率相同）11=0(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120mx灌溉渠道水位118m虹吸管各段长度为11 = 10m, 12 =5m, l 3 =12m,虹吸管进口安装无底阀的滤网（t = 2.5 ）,管道有两个60的折角弯管（1=0.55）。求：（1）通过虹吸管的流量。（2）当虹吸

24、管内最大允许真空值时，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,(12 分)h =7.0m当不计行近流速时，可按照淹没出流公式来计算流量。先计算管道流量系数:_1比 i1 +12 +1打一770.022=0.443 10+5 + 12X+ 2.5+2X0,55d虹吸管的流量:2,3.14 X0.42Q = 42gz = 0.443 X(4)xj2 X9.8 X(120 118) = 0.35m3/s(2)虹吸管的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0 0和断面B- B建立能量方程:2-pa *0+ 一 + pg 2gupb=hs + +pg2

25、 v + + hw 0 B 2g其中,hw0 B =(I1 + I2入d2b)一，v=Q/A=0.35/(3.14 X 0,2 2)=2.79m/s，取 a =1.0 , 2 gV0 = 0,代入得则:PapgPBpg=hs + (1 +2 v 。+ )一 2gPb,是断面pg pgPaPb一B-B的真空值，它满足whv = 7m,即pg pgI1 +12h+(1+ 入+sd2 avhv故虹吸管的最大安装高度:11 + 12hs hv - (1 + 入d2 OV_ 210 + 52.79=7 (1 + 0,22 X+ 2.5 + 0.55) X = 5.06m0.42 X9.82、底宽b =

26、1.5 m的矩形明渠，通过的流量为Q = 1.5 ni/s ,已知渠中的水深 h = 0.4m则判断该处水流的流态。解：求临界水深hk：(7分)q=Q/b=1.5/1.5m 3 (s , m)= 1m3 (s , m)22a q3-1 X1=3= 0.407mg : 9.8用临界水深判别：hohk,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 1 - 1和t - t建立能量方程。22H .心二也飞亚2g2g忽略行进水头，则 v1=0,取0( =1 ,不计水头损失。vt12b ht 4 1.4= 2.14m/s_21 2.14H 0 =1.4 02 9.8求得 H=1.6m.(2)

27、判别水跃发生的位置先求收缩断面水深hc的共轲水深hchchc21+8父一-19.8 0.431.952m因为ht 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，门=1,得：Q= bsemnbJ2?H32 =1 X 0.96 X 0.502 X 5x 8X %，196M3.232 =488.52m3/s3(2)当 H= 4.0 m, Q=500m/s 时，P/H=50/4=15.6 1.33 是局堰，为非淹没，实用堰s=1,得：3cQ= k mibd2gH 2500= 1X 0.96 xmx 5X 8X ,19.6 比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 = 470m3/s时，求闸前水头为多少？ （8分）e、3解：忽略行进水头，先假设闸孔为自由出流，=（0.6-0.176） , Q = 470m/s，代H入闸孔出流基本计算公式2Q=be. 2gH =（0.6 -0.176） 10