水力学形成性考核册及参考答案教学内容

1、水力学二 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/m25 .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

2、、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）a、8 b、4 c、2 d、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）（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。9、已知突扩前后有压管道的直径之比（

3、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、复杂管道，简单管道;h hk,弗汝德数Fr 1。（c）d、淹没系数为1.051.1的弱淹没水跃18、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、0.65 b、0.67 c、0.7

4、5 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. . . .一- , . . .22、泄水建筑物下游发生还驱水跃，下游收缩断面水深hc的共轲水深hc下游河道的水深ht。（c）a、，b、，c、。二、填空题三、1.牛顿内摩擦

5、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：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。4、恒定流时流线与迹线重合。5、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。6、雷诺试验揭示了液体存在层流 和 紊流 两种流态，并可用临界雷诺建_来判别液流的流态。7、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8、在水击计算中阀门关闭的时间 工Tr水击相长的水击，称为 直接 水击,把TsTr的水击称为间接水击。9、a2型水面曲

6、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，a、,; b、,;闸孔出流的流量与闸前水头的（da、1次方b、2次方16、溢流堰的过堰流量与堰顶水头的（a、1次方b、2次方17、底流式消能池中产生的水跃应该是a、远离式水跃，b、临界水跃，c、,；d、，。）成正比。c、3/2次方d、1/2次方c）次方成正比。c、3/2次方d、1/2次方（a ）c、强淹没水跃，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。1010 . .溢流堰的过堰流量与堰顶水

7、头的次方成正比。3/23/21111 . .当堰顶厚度 S=5nS=5n堰为范顶堰的堰上水头范围是。0.5mvH0.5mvH ht o（ht为下游河道的水深，填写、符号）。1313 . .工程中应用 WEWE 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

8、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

9、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。（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。h（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

10、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。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

11、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=fi（Re）;过渡区入二2（Re, /d）;粗糙区入=f3（A/d）,紊流粗糙区又称为阻力平方区。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

12、？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8 /HV 0.67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，水面为单一的降落曲线；实用堰流。当0.67 V8/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 8 /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

13、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）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六、计算题1.如图所示，平板在水面上作

14、水平运动，速度为u=10cm/s ,平板与下部固定底板的距离为8 =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20c时水的动力粘滞系数为：=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:T=ILX( 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

15、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 水gX0.5 p汞gX0.2+p油gX0.3 p水gX0.6 p汞gX0.4PA -RB=P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/m 3.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

16、作用点处的水深。解：依题意作用在闸门AB上的静水总压力P应为:P=pcA=pghcA=pg(h/2) xhb=1/2 x pgh2b=1/2X1X9.8X32X2.5=110.25KN静水总压力P的作用点为：2,2八八yDh 3 2m33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。(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：（12分）11Fpx pghcAx 9(4 -H ) HB pg(4 - Rsin司RsinoB 22一 1。1 9.8 (4-6 sin

17、60 ) 6sln60 5 1679.9KN2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=aeXec=4X(6 - 6 x cos60o)=12m2扇形eoB的面积=(60/360) X兀x R=(1/6) X 3.14 X 62=18.84 m2三角形coB的面积=(1/2) x Bcx co=(1/2) x 6sin60ox6cos60o=7.79 m23压力体eabB的体积=(12+18.84 - 7.79) x 5 =115.25m所以，垂直分力Fpz= p gv = 1 X 9.8 X 115.25=1129.5KN(反向向上)闸门上的静水总压力Fp= Fpx

18、2+ Fpz2= -. 1679.92+1129.52= 2024.3KN. 3=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FP的作用线必通过 。点，FP的作用点距水平面的距离：(2) FP和水平线的夹角为3,Fpztan 0= Fpx1129.51679.9=0.672。点，所以总压力hD=4+RsIn 3 =4+6sIn33.90o=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 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？

19、（8分）解：（1）.运动粘度Y = 0.0101 cm2/s ,而管道截面积A=Tt d2/4 ,v=Q/A,则管道流动的雷诺数：vdRe =V一一 一-64Q4X20X10一 =-3-7= 2523d v 3.14 X10 X103X0,0101 X1042000(Rek)，管道水流为紊流。一 vd 4Q ，（2）管道流动的雷诺数Re=,故可知水温、流量不变，管径扩大3倍后的v id v 4Q 11雷诺数Re =- = - Re = - X2523 = 841 2000（Rek）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、图示水箱一侧有一向上开口的短

20、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t=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。解：（1）以管嘴出口为基准面， 对水面1和管嘴出口(12分)2列能量方程，得:22a vvh + 0+ 0= 0 + 0+- + E2g 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:由v=9.04m/s , a =1得3、已知如图所示的文丘里管流量计，管的直径di=5cm, d

21、2=2cm, 1断面与喉管断面的测压管水头差为Ah=5cm ,如果文丘里管流量计流量修正系数科=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：.29九12g 3.14X0.0522 X9.825k= 丁加他卜一1= 1、；（0.05/0.02）4 1=0.0014m./s管路中通过的流量:Q = LLWAT= 0.98 X0.0014 Xv005 = 0,0003m3/sd1=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0+0 +20C V2g2 VZ

22、= 一2g9.0422 X9.8=4.17m4、某水平管路的直径_ 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：八.1,212. 3,Q = v1Al= v1 X冗 d = 0.7XX3.14 X0.075 = 0.0031m / s4422V2= (d1/d2)2% = (0.075/0.02)2X0.7 = 2.625m/s对喷嘴建立x方向的动量方程，3 =1得：pA1 F =3 pQ(v2x v1x)F = pA1 - 3 PQ(v2 -v1)=49 X (1/4) X 3.14 X 0.0752 -

23、 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 =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：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：hf*R4/3220.02521.172TF3500 0.335m五、作图题（共2题，

24、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。分长，各段糙率相同）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,灌溉渠道水位118m虹吸管各段长度为11= 10m, 12=5m, l3=12m,虹吸管进口安装无底阀的滤网= 2.5）,管道有两个60的折角弯管（t =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h =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,b河道|2B-6060。hsB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

25、均充河道水位为120mx(a)(b)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:11=0.443 l1+l2+l3- 10+5 + 12入-+ te + U J0.022 X-+ 2.5+ 2X0.55dd虹吸管的流量:故虹吸管的最大安装高度:11+ 12hs (1 + 入-d10 + 52.79223.14 X0.42Q =此 A、；2gz = 0.443 X(4)X，2 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。即断面0 0和断面B- B建立能量方程：B B断面。以上游河面为基准面，对2-Pa须丫00+一+ -U

26、PB=hs+ +pg2v + +hw0 B2g其中,hw0 B=(I1+12入-d2b/一,v=Q/A=0.35/(3.14 X 0,22)=2.79m/s，取a =1.0 ,2gV0= 0,代入得则:Papg= hs+ (1 +l1+ 12Ad2v。+ )一2gPaPB式中是断面pgpgPaPB一B-B的真空值，它满足whv= 7m,即pg pgI1+12hs+(1+入丁 7+2 avwhv20V=7 (1 + 0,22 X-+ 2.5 + 0.55) X- = 5.06m0.42 X9.82、底宽b = 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

27、.4m则判断该处水流的流态。解：求临界水深hk：q=Q/b=1.5/1.5m3(s - m)= 1m3(s - m)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 4hthw2g2g深ht=1.4m,求跃前水深并判别水跃发生的位置。（12分）忽略行进水头，则v1=0,取1 ,不计水头损失。Vt12_2c -1 2.14八0 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的共轲水深hcb ht4 1.42.14m/shc0.41 8 9.8320.431.952m因为ht1.3

28、3是高堰，且溢流堰下接远离式水跃，为非淹没，实用堰 的流量，b s=1,得：Q= bs emnb q为H32= 1 X 0.96 x 0.502 x 5X 8X 1.33是局堰，为非淹没，实用堰s=1,得：3cQ= bse nnbq2gH2500 = 1X 0.96 xmx 5X 8XV19.6 432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、_3.八、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Q be . 2gH (0.6 0.176) 10 4 22 9.8HH求得H3、如图所示，在溢流坝