水力学模拟题及答案

1、word 范文水力学（二）模拟试题-判断题：（20 分）1.液体边界层的厚度总是沿所绕物体的长度减少的。（）2.只要是平面液流即二元流，流函数都存在。（）3.在落水的过程中，同一水位情况下，非恒定流的水面坡度比恒定流时小，因而其流量亦小。（）4.渗流模型中、过水断面上各点渗流流速的大小都一样，任一点的渗流流速将与断面平均流速相等。（）5.正坡明槽的浸润线只有两种形式，且存在于a、c 两区。（）6.平面势流的流函数与流速势函数一样是一个非调和函数。（）7.边界层内的液流型态只能是紊流。（）8.平面势流流网就是流线和等势线正交构成的网状图形。（）9.达西公式与杜比公式都表明：在过水断面上各点的惨流

2、流速都与断面平均流速相等。（）10. 在非恒定流情况下，过水断面上的水面坡度、流速、流量水位的最大值并不在同一时刻出现。（）填空题:（20 分）1. 流场中，各运动要素的分析方法常在流场中任取一个微小平行六面体来研究，那么微小平行六面体最普遍的运动形式有:，四种。2.土的渗透恃性由：，二方面决疋。3.水击类型有：，两类。4.泄水建筑物下游衔接与消能措施主要有三种。5.构成液体对所绕物体的阻力的两部分是：。6.从理论上看，探索液体运动基本规律的两种不同的途径是：5。7.在明渠恒定渐变流的能量方程式：J = JW+JV+Jf中，JV的物理意义4（15 分）.在不可压缩流场中流函数“ =kx2-ay

3、2，式中 k 为常数。试证明流线与等势线相互垂直。word 范文I解题指导孔流和堰流都是局部流段内流线急剧弯曲的急变流，其水力计算的共同特点是能量损 失以局部损失为主， 沿程损失可以忽略。 由于边界条件、水流条件的差异，其水力计算公式 及式中各系数的确定方法各不相同。它们反映了孔流和堰流流态下，水流条件和边界条件对建筑物过水能力的影响。解题时，首先要分析水流特征、弄清边界条件并判别流态及出流方式，然后根据问题的类型采用相应公式求解。现将各种流态及淹没界限的判别标准、问题类型等归纳于表 8-1 ,表 8-1孔流、堰流流态判别及问题类型水流流态判别标准|淹没出流判别方法问题类型薄壁小孔口出 流3丄

4、H 10在液面下出流已知4 ,d, H（或 Z）,求Q；已知比d ,Q，求H（或 Z）；已知巴H（或 Z）,求 d；已知d, Q。H（或Z），求卩管嘴出流丨=(3Ll4)dHv9.0m在液面下出流已知巴d,H（或 Z）,求Q；已知4p,d,Q，求H（或Z）； 已知卩p, H（或Z）,Q，求 d；已知d ,Q。H（或Z），求4p闸 孔出 流底坎为 平顶堰e兰0.65Hh；vt已知b,e,（H0）,卩0，兀,求Q;已知Q,b,e（叫）,求H；已知Q,b,H,（卩0）严s,求e;已知Q,Hc,e,求b;说明：已知条件中带括号 者与待求量有关，计算 中往往先假定该值，用 试算法求解底孔为 曲线型 堰e

5、0（一般为自由出流情况）矩形薄壁堰和无坎宽顶堰公式形成与式（8-7）略有不同；直角三角形薄壁堰常用 Q=1.4H2.5适1用于 P 2H, B （ 34） H;梯形薄壁堰常用 Q=1.86bH1.5适用于tg二一，b_3H。4水流流态判别标准淹没出流判别方法word 范文堰 流 底坎为 平顶堰e一 0.65H薄壁堰6一 0心z/ R 0.7已知 b,(H0),m,(名 ch),求 Q；已知Q,b,m,( g, 6),求 H；已知Q,m,(动,6, H ,求 b；已知 Q,b,H,cTs,求 m实用堰0.67 莎 0亠ZZ剖面- 0.75H宽顶堰2.5H 0.8H。应该指出的是，由于本章各种系数

6、计算的经验公式较多，在进行水力计算时应特主意 其适用条件是否相符，以免出错。n典型例题例 8-1甲、乙两水箱如例 8-1 图。甲箱侧壁开有一直径为100mm 的圆孔与乙箱相通。甲箱底部为 1.8X1.8m 的正方形，水深 H 为 2.5m。孔口中心距箱壁的最近距离h 为 0.5m。当为恒定流时，问：乙箱无水时，孔口的泄流量为多少？乙箱水深Hb=0.8m 时，孔口泄流量为多少？在甲箱外侧装一与孔口等径的35cm 长圆柱形短管时，泄流量又为多少？若管长为 10cm,流量有何变化？当为管嘴出流时，管嘴内真空高度为若干？解：(1) 求乙箱无水时孔口的泄流量。孔口的作用水头为H屮-h =2.0m,d/H

7、=010=0.053d=3x0.1=0.3m ,为完全完善收缩，取；=0.62, = 0.06，贝 V1- 0.97 ,1 0.06- 0.62 0.97 =0.60因A箱=1.81.-83m24厂d2二口40.10m0 0/7箱5 (A),44故可忽略行近流速水头，即H，得Q “iA、.、2gH0=0.6 0.007852 9.8 2.0 = 0.0295m3/s(2)求当 H2=0.8m 时孔口的泄流量。 因此时为淹没出流， 且Z=H1 H2=2.5-0.8=1.7m。孔口位置、直径、边缘情况均未变，则不变，故Q二A.,2gZ0=0.6 0.00785 ,19.6一1.7 = 0.0272

8、m3/ s(3)求甲箱外侧短管长 丨=35cm,l =10cm的泄流量及管嘴出流时的管内真宽度。当I =35cm时，其长度在(34) d=3040cm 之间，为管嘴出流， .如=p0而0.82,于是自由出流时.1 0.5Q-pA. 2gH0=0.82 0.0078519.6 2. 0.0403m3/s淹没出流时word 范文Q =ipA 2gZ0 =0.82 0.0078519.6 1.7 = 0.0372m3/s当I =10cm时，I =3d =30cm，故仍为孔口出流，泄流量与以上问题(1)、(2)中的结果完全相同。以箱底为基准面，列 1-1、c-c 断面的能量方程，得2,P，a0u0小p

9、cacvHa口=0c2 2g2 2c+心g 2g2g令H0=H,ac=1.0,整理上式得h.=Pa- Pc所以=VAC甲 *_厂P.：2gH半2h左(1)-1HPg &将-p=0.82,；=0.62/ =0.06，代入上式，即得真空高度2Pa pc0.82ha c=2(1 0.06) -1 2.0 =1.71mPg0.622显然，管嘴内形成一定的真空高度，增大了作用水头。故管嘴出流较孔口出流的流量大。例 8-2如例 8-2 图所示的密闭水箱，已知H=2.5m， h=0.3m，侧壁有孔径 d=20mm 的圆形薄壁孔口，流量系数 -0.60,Fg=0.1at o求：泄流开始时的泄流量；当箱

10、内水深降至 Hi=1.3m 时，欲保持泄流量不变，F0应为多少米水柱高？(1)求泄流开始时的泄流量。由题意知，水流为薄壁孔口自由出流_dd0.020.0091 v0.1，为小孔口。H H1-h2.5-0.3选取过孔口中心的水平面为基准面，对断面列能量方程以代,1-1、C-C2F0aMacvHi-h0=0 0 -:g 2g取ac -1.0。因AgLAc,故-1 -.2- 丄2g2c,故取归:0,则2g2C2g- c=2g(H1 - h八、2g(H1-hQ= 4二c 2 A 2g(H1 -hPg)word 范文word 范文二5 2g（H h）vPg= 0.6 0.785 0.022. 19.6

11、（2.5一0.3 1）331.49 10 m3/s（2 ）在孔口尺寸及流量系数一定时，欲使Q 不变，其作用水头应不变，由上可知P。已-h - =3.2m?g即得 匹=3.2-比h =3.2 -1.3 0.3=2.2mH2OPg由本例可见，当箱内液面压强不为大气压时，其作用水头将发生变化。此时不能套用孔口（或管嘴）出流的计算公式，而应直接根据能量方程式推求其计算式。例 8-3某泄洪闸底坎为直角进口的平顶堰，如例8-3 图。P=1.0m，孔宽 b=8.0m，共 3孔，闸墩头部半圆形，边墩圆弧形，平板闸门控制，下游尾水渠为矩形断面。试求：h =11.0m,t=6.0m,3 孔闸门开度均为 2m 时的

12、泄流量；若h =7.5m,t = 5.76m，保持泄 流量不变时，闸门的开度为多少？流量和其它和其它条件不变，但为堰流时，其堰顶水头应为若干？例E R阳解e e2e（1 ）因0.2 v0.65，故为闸孔出流。又因为 上=0.2，杳表得Hhp 111H；：=0.62,得兀=；e = 0.62 2 = 1.24 m由于闸底板高于渠底且为平顶堰，杳表取=0.90。又由于堰前水头较大、开启度较小，为简化计算，不计行近流速水头，即取H）- H,则有c = . 2g（H0二1%） =0.9 .19.6（10二1.24） = 11.79m/shc=虹(.1 8Frc2-1)=偌(-1 8 3.382-1)

13、= 5.34m2 2h；t =t R =6-5 =5m，故为闸孔出流。由底坎及闸门形式，并注意到e0.1v v0.65，采用相应的经验公式求流量系数，有Frc11.79ghc9.8 1.24= 3.38word 范文X。6一。18碁。6一18o。564word 范文得Q -=0.564 3 8 2、19.6 10 = 379.00m3/s(2)当h =7.5mt =5.76m欲使Q 379.00 m3s时其闸门开度 e,由式(8-5)即得Qe =U0B2gH0因式中丄0与 e 有关，故应试算求解。设 e=2.9m空二竺450.8 为淹没出流，由H01H 5.15“h“，查表得：=0.638,算

14、得4=0.638 2.9 =1.85m。查得a。 ：c八2g(H。-1%) =0.9019.6 (6.5-1.85) = 8.59m/s- %FrTgh98入二理C 1 8Frf -1)二2 2hev t = t -P1=5.76 -1 = 4.76m亠Z h -t 7.5-5.761.74由H859=2.021.85旦(,1 8 2.022一1) =4.44m为淹没出流。h-p 7.5-16.5e心68及带0.45，查图可得一0.93，且3-P/Hm =0.32 0.01 e0.46 0.75H因堰前过水断面不大，应计入行近流速的影响，可应用H =0.924,查表得二s=0.764。H01w

15、ord 范文边墩的形状可查得k=.7，由闸墩的形状及-可查得k=0.659，由式（8-8 ）得侧收H01缩系数；：=1-0.2k(n-1)0=1-0.2 0.7 (3-1) 0.659515=0.913故24Q1=； ：smB.、2gH；12=0.913 0.764 0.366 3 8、19.6 5.153/317.03m3/sword 范文第二次逼近：由已求得的流量计算 ：0的近似值Q1317.03d-/:02-1.61m/ sB0h 32 6.1522au021x1.61H02二H02=5.155.28m2g19.6匹=476=0.901 0.8H025.285.28T -0.2k(n-1

16、)0=1-0.2 0.7 (3-1) 0.6310.91424Q2=0.914 0.838 0.366 3 8 ,196 5.283/2= 361.38m/s第三次逼近：色二J61=1.84m/sB0h 32 6.151x1 842H03=5.155.32m19.6hs4.76s0.8940.8H035.326 =0.858,0=0.623,算得;-0.914,贝VQ3=0.914 0.858 0.366 24196 5.323/2= 374.22m3/s第四次逼近:Q 374.22041.90m/sB0h 32 6.15仆1.902H04=5.155.33m19.6hs4.76s0.8930

17、.8H045.33J =0.861,0=0.622,算得-0.914,则= 0.914 0.861 0.366 2419.6 5.333/2= 376.58m3/s因Q与Q相当接近，故可认为当H =5.15mB寸,Q=376.58m3/s,且该流量与已稳中有降流量相差甚小(379.00一376.58=0.64%)。故所求堰顶水头 H=5.15m。显然，若所设 H 不能379.00满足已知流量的要求时，则应重设H,依以上步骤继续试算，直到满意为止。上例表明，在 H=5.15m 时，不计影响Q =3 17. 0m3s，而计入影响时3Q = 317.58m /s，可见此时行近流速对流量的影响较大。因

18、此，在水力计算中，没有足够 的理由，不应随便忽略行近流速的影响，以免造成较大的误差。例 8-4某进水闸底坎为圆角进口，r = 1.0m,14m，共 3 孔，单孔净宽为 8.0m，闸墩头部半圆形，边墩圆弧形。闸前后渠道均为矩形断面，渠宽 28.0m,其它条件见例 8-4 图。求：闸门全开，下泄流量为290.0m3/s 时，闸前渠道内的水深为多少？若下游水位库157.40m，上游渠道内水深不变，则流量有何变化？为淹没出流，查得为淹没出流，查得Q4word 范文解：(1 )因下游水位低于闸底坎，即hsv0，且闸孔全开，故水流为堰流并为自由出流。因水头未知，不能判别堰型，暂按宽顶堰计算，待求出H 后复

19、核堰型是否与假定相符。Q-290-)2/3= 3.99 m0.95 0.36 3 8 . 19.6由式(8-7 )得H。=(-)2/3,因；、m 均与 H 有关，故尖用试算法求解如下: 0.2 ,3.919.6二3.99m = H01故流量系数可按3m2=0.36 0.01-P=0.36 0.011.2+1工H即m2m1=0.36。查得k=0.7,0=0.45,得3-390.36741.2 1.5 -3.9严尸H门3 992=1-0.2k- (n -1)00=1-0.2 0.7(3-1) 0.450.947nb24即；2v. =0.95。将以上求得的 m、；2代入基本公式重算 H2,得word

20、 范文Q =0.939 0.942 0.367 24196 3.9373/2H02290令 H2=3.86m,得=()2/3= 3.95m0.947 0.367 24 9.6290H02=-=1.32m/ s28 (3.83 4)1x1.322= 3.863.949m：3.95m故得 H2=3.86m。复核 m :值:33860.367二讥41.2 1.5 -3.863.953 =1 -0.2 0.72 0.450.947二；224614故 H=3.86m 为所求堰顶水头。因3.62，在 2.510 之间，为宽顶堰，与假定相m3= 0.36 0.01符。即求得闸前水深h = H p = 3.8

21、6 4 = 7.86m(2)当下游水位为 157.40m 时，闸底坎淹没，因上游渠内水深不变，则h 3 4以上计算，暂按H=3.95m 考虑，有0.86 0.8 为淹没出流。H03.95因淹没影响，应重算；：H=3.86m。由主查表得H。Q _；smB、2gH3= 273.25m /s复核总水头Q3.95；=1 - 0.2 0.72 0.580.93924-0.939 0.95 0.367 24196 3.953/23 ,273.251.24m/s,取a0=1.0,得28 7.8621X1.242H0= 3.863.94m19.6按 H=3.94m 重算流量 Qhs3.40.863 0.8H0

22、3.94为淹没出流，查得J =0.944,；=0.587, m仍为0.367,于是丄3.94；=1 - 0.2 0.7(3 -1) 0.5870.939Q =0.944 0.939 0.367 24、丽3.943/2=270.50m3/s再逼近一次：- 0Q270.50-1.23m/s,H3.861 1.23-3.937m,B0h 28 7.8619.6hsH。3.43.937-0.864,查得二s=0.942：严0.5868,算得；=0.939,得word 范文3=269.62m/s以上两次计算所得流量很接近，故可认为淹没出流时的流量为3较自由出流时流量减小了290.00-269.62=20

23、.38m /s。例 8-5某单孔引水闸如例 8-5 图，闸室后接一iik的陡坡渠道。上游为八字形翼墙，收缩角0=45,计算厚度 a=1m。闸前河道断面近似矩形，水深h=5.05m,闸门全开，忽略上游行近流速。试求：当坎高P=1.8m,流量Q =60m/s时的闸孔净宽；若保持孔宽不变，但坎高 P=0 时的过堰流量。解：(1)求闸孔净宽。因下游接一陡坡渠道，下游为急流，故过闸水流为宽顶堰自由出流，当 P=1.8m 时，H=h-P=5.05-1.8=3.25m，流量系数=0.348因 n=1,八字形翼墙可查得 =7，故侧收缩系数W )0唱心2 0.7学八晋心晋j64解得闸孔净宽：b=7.10m(2)求 P=0 时的过堰流量。此时为无坎宽顶堰自由出流。由题意知，上游可宽B)=b+2a=7.10+2X1= 9.10m,又b 7.100.78 B09.10查表得流量系数 m，=0.368，由无坎宽顶堰流量计算式，即得过堰流量Q =:smB、一2gH甞二mb, 2