【水力学】-四川大学《水力学》试题2

一、是非题（）（本大题分15小题，每小题1分，共15分）1、在连续介质假设的条件下，液体中各种物理量的变化是连续的。2、相对压强可以大于、等于或小于零。3、重力与其它质量力同时作用时，等压面为水平面。（（（）））4（）5、液体的粘性是引起液流水头损失的根源。（）6、区别薄壁堰、实用堰和宽顶堰，只取决于堰壁厚度。（）7、谢才系数C的单位是m。（）8、在渗流模型中，任意一微小过水断面的平均渗流流速u应比该断面实际渗流的真实断面平均流速u小。 （ ）9、局部水头损失系数可用尼古拉兹的试验图来分析说明其规律。 （ ）10、总流连续方程vA1

vA2 2

对恒定流和非恒定流均适用。 （ ）11、有压长管道是认为水头全部消耗在沿程水头损失上。 （ ）12、均匀缓流只能在缓坡上发Th，均匀急流只能在陡坡上发Th。 （ ）13、串联长管道各管段的水头损失可能相等，也可能不相等。 （ ）14、液体流动时流线相互平行，该流动一定为均匀流动。 （ ）15、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。 （ ）二、单项选择题（填写唯一正确答案的编号）（本大题分8小题，每小题2分，共16分）1、静止液体中同一点各方向的压强 （ ）（1）数值相等； （2）数值不等；（3）仅水平方向数值相等； （4）铅直方向数值最大。2、公式不能用于 （ ）（1）均匀流； （2）急变流；（3）明渠流； （4）管流。3、图示为两种液体盛于容器中、且密度2＞1，则A、B两测压管中的液面必为 （ ）（1）B管高于A管； （2）A管高于B管； （3）AB两管同高。4Ldqh>h1 2则两管糙率n与n的关系为 （ ）1 2（1）n＞n； （2）n＜n；1 2 1 2（3）n=n (4)无法确定。1 25、图示容器内有一放水孔，孔口设有面积为A的阀门ab，容器内水深为h，则阀门所受静水总压力为 （ ）（1）； （2）； （3）2A； （4）2A6、在图示并联管道中，当流量qv1qv212hf1与hf2的关系是 （ ）（1）hf1hf2 （2）hf1hf2 （3）hf1＝hf2 （4）无法确定7、长度L＝1000m的有压管道。发Th水击时的水击波速a＝1000m/s，则水击相长为 （ ）（1） （2） （3） （4）8、恒定平面势流中，组成流网的流线与等势线的关系是 （ ）（1）相交 （2）正交 （3）共轭 （4）斜交三、填空题（在空格中填写正确答案）（本大题分5小题，共10分）1、在 流中，流线不随时间变化，流线与 线相重合。2、薄平板顺流放置时，其阻力以 阻力为主。薄平板垂直于流向放置时，其阻力以 为主。3、运动要素随 而变化的液流称为非恒定流。4、作用于静止（绝对平衡）液体上的面积力有 ，质量力有 。5、渗流系数k与 有关，它的物理意义是 。四、作图题（在题图上绘出正确答案）（本大题分4小题，每小题6分，共24分）1、绘出图中曲面上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。2、定性绘出图示管道的总水头线和测压管水头线。3、如图示的无压渐变渗流浸润线，如有错误加以改正。4、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线。（各渠段均充分长，各段糙率相同）五、根据题目要求解答下列各题（435）1（8）某输水管道直径d＝100mm，已知水的运动粘度2/s，沿程水头损失系数0.025，流程L＝10m的水头损失h 0.2m，求管壁处切应力 ，并f 0判别流动是层流还是紊流。2（11）从水箱接一橡胶管道及喷嘴（如图D＝，d=。H＝h＝。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的wp＝cm2。如用手握住喷嘴，需要多大的水平力？（v≈0，取动能0校正系数均为1）3（8）已知某流场的流速势为（2）流函数方程

a(x22

y2a（1）uux y4（8）有一铸铁管，直径D＝200mm，管壁厚度10mm，管道末端阀门全开时管中流速v=s。当管道末端阀门瞬时完全关闭，求水击压强。已知铸铁管弹性系数0E=×1010N/m2，水的弹性系数K＝×108N/m2。 （8分）一、是非题（）（本大题分15小题，每小题1分，共15分）1、水力学是研究液体机械运动和分子运动规律的学科。（）2、当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强时必定存在真空。（）3、紊流可以是均匀流，也可以是非均匀流。（）4、谢才系数C的单位是m。（）5、在原条件保持不变的情况下，增加并联支管的条数，可以增大输水总流量。（ ）6、当管流过水断面流速符合对数规律分布时，管中水流为层流。 （ ）7、在连续介质假设的条件下，液体中各种物理量的变化是连续的。（ ）8、对于实用堰与宽顶堰，只要下游水位不超过堰顶时，就一定是自由出流。（ ）9阻力平方区的沿程水头损失系数与断面平均流速v的平方成正比（ ）10、渗流中模型流速与真实流速数值相等。 （ ）、在管道水力计算中，所谓“长管”就是说管很长，所谓“短管”就是管道很短。（）12（）13、相对静止液体中的等压面可以是倾斜平面或曲面。（）14、并联长管道各管段的流量一定不相等。（）x15、不可压缩液体连续性微分方程uxuyuz

0只适用于恒定流。x y z（ ）二、单项选择题（填写唯一正确答案的编号）（8216）1、理想液体是 （ ）（1）粘性大的液体； （2）服从牛顿内摩擦定律的液体；（3）没有粘性的液体； （4）具有粘性的不可压缩液体。2、盛水容器aba（b）所示，其底部压强分别为p和p。若两容器内水深相等，则p和p的关系为 （ ）a b a b（1）p＞ p； （2）p＜p;a b a b（3）p=p （4）无法确定。a b3、静水压力的方向 （ ）（1）与受力面平行； （2）与受力面斜交；（3）与受力面外法线方向一致； （4）与受力面内法线方向一致。4、平底棱柱形明渠的水跃函数(h)与(h)的关系是 （ ）（1）(h) ＝(h) （2）(h)＞(h)（3）(h＜(h) （4）无法确定5、缓坡上发Th均匀流必定是 （ ）（1）缓流 （2）缓变流 （3）急流 （4）临界流6、有一薄壁圆形孔口。已知孔口直径d＝10cm，则属于小孔口出流的相应水头为 （ ）（1） （2） （3） （4）7、宽顶堰流量系数m的最大值为（ ）（1） （2） （3） （4）8、流函数（1）在等势面上为常量 （2）只有无旋流动中才存在（3）沿流线为常量 （4）表达了速度与压强的关系三、填空题（在空格中填写正确答案）（本大题分4小题，每空1分，共10分）1、液体不能保持固定的形状，但能保持固定的 。2、液体微团运动的基本形式可分为三种，即 。与刚体运动相比，不同之处在于刚体不存在 。3、渗流系数k的单位是有关。4、水在土壤中的形态有、、、、。四、作图题（在题图上绘出正确答案）（本大题分4小题，每小题6分，共24分）1AB2（各渠段均充分长，各段糙率相同）3、定性绘出图示短管道的总水头线和测压管水头线，并标明符号。41－12－2五、根据题目要求解答下列各题1（4）写出图示不透水层上均质土坝渗流区各边界的边界条件。2（8）d＝10cmd=5cm。1 2h=3mE1 2 3点的压强。（取动能校正系数＝1）3（8）a＝，H＝1m，h=，渠b=1m，如图所示。水流过坎时的水头损失h=(v2/2g)(vwqABF（取动能动量校正系数均为1）v4（15）已知不可压缩液体在圆管中的流速分布公式为u

4

(r20

r2)（1）是恒定流还是非恒定流动？（2）是均匀流还是非均匀流？（3）是否满足连续性微分方程？（4）有无线变形？（5）是有旋流还是无旋流动？（6）有无剪切变形？PAGEPAGE9/9一、绪论

814水力学

GungiPeng2016.11.221.牛顿内摩擦定律τ=μ𝑑𝑢（𝑑𝑢为角变形率或流速梯度，𝑑𝑦 𝑑𝑦μρ（注意各物理量单位）2.牛顿内摩擦定律的适用条件为牛顿液体层流运动3.F=τA（F）4.圆F= 𝜏2𝜋𝑟𝑑𝑟；M= 𝜏2𝜋𝑟𝑟𝑑𝑟5.宾汉塑性流体切应力与切应变率也成线性关系，但不过原点，牛顿流体过原点。（p7图）6.表面力：压力、切力。质量力：重力、惯性力。7.液体在流动(连续不断变形)过程中，其内部会出现抵抗，液体在流动状态下抵抗剪切的性质称为液体的粘性（又称粘滞性）二、水静力学1.静水压强：垂直指向作用面，一点压强各方向数值相等。2.平衡微分方程：dP=ρ（xdx+ydy+zdz），当dP=0，即等压面，质量力与等压面垂直。3.液体处于相对平衡：1.等压面水平，只有重力作用；2.等压面为斜面，重力和惯性力（产生水平加速度）作用；3.等压面为旋转抛物面，重力和惯性力（离心力）作用4.标准大气压为101.4KN/m2，绝对压强等于标准压强加相对压强5.真空高度与真空压强的换算，P=ρgh，真空压强=∣负压∣6.静止液体基本方程：z+𝑃𝜌𝑔

=𝐶，静止液体中任一点相等。7.解析法：平面上压力计算：P=APc，即受压平面形心压强。与放置方向无关，只与形心位置有关。yd=yc+

𝐼𝑐

。矩形：Ic=

1bh3，圆：Ic=1πr412 48.压力图法：P=Ωb，压强分布图面积。压强分布：三角形e=1/3h，梯形：e=a21+23 1+29.曲面：Px=PxcAx；Pz=ρgV，p=𝑃𝑥 2+𝑃𝑧2，θ=arctan𝑃𝑧𝑃𝑥10.虚压力体：水面和压力体在两侧，实压力体在同侧三、液体一元恒定总流基本原理1t）2.均匀流与非均匀流：流场中位于同一流线上各质点的流速矢量不沿程变化（流线不相交）为均匀流，反之为非均匀流。非均匀流可以分为渐变流和急变流（有无迁移加速度）3.元流：微小流管中的液流4.总流：由无数元流集合而成的整股水流称为总流5.一元流与三元流：液体的运动要素仅是一个坐标变量的函数，这种运动称为一元流，运动要素是三个坐标变量的函数，称三元流67.迹线：同一质点在一个时段的运动轨迹线8.连续方程：V1A1=V2A29.能量方程：z1+𝑃1+𝛼𝑣12

+𝑃 =z2+𝑃2𝛼𝑣22+𝑤；hw=hf（沿程）+hj（局部）𝜌𝑔 2𝑔

𝜌𝑔 2𝑔10−P2+R=ρQβ2v2−β1v1；R11.动能/动量校正系数，越不均匀越大，因此层流远大于紊流12.同一管流断面上，动能校正系数α比动量校正系数β大13.过水断面上的压强大小与基准面选择无关14.均匀流断面上（非“流场内”）的压强分布规律与静水压强规律相同四、层流和紊流、液流阻力和水头损失1.管流：Re=𝑢𝑑，小于2300为层流，大于2300为紊流，Re=𝑢𝑅

=𝑄1𝑣 𝑣2.明渠：Re=𝑢𝑅，小与500为层流，大于500为紊流，R=A/X𝑣3.雷诺数为惯性力与粘性力之比4.均匀流：τ=ρgRJ

𝑣𝜋𝑑5.层流流速分布：抛物线分布；紊流流速分布：对数分布（普朗特动量传递理论）6.上临界流速：层流变紊流；下临界流速：紊流变层流7.圆管层流沿程水头损失系数：λ=64/Re，明渠层流：λ=24/Re8.紊流瞬时流速=时均流速+脉动流速（可正可负）9.紊流切应力=粘性切应力+雷诺应力(质点掺混引起的附加切应力)10.紊流附加切应力与脉动流速、液体密度有关，与动力粘性系数μ无关11.粘性底层：粘性起主要作用，流速近似按直线变化（边界层不是粘性底层）12（边界层13.局部水头损失通过理论分析与实验来确定14.紊流核心区：脉动现象，紊流切应力等于紊流附加切应力λ有关层流雷诺数紊流光滑区雷诺数紊流过渡粗糙区相对粗糙度和雷诺数紊流粗糙区相对粗糙度λ与速度次方-10.250~0.25与v无关hf（与速度次方）11.751.75~2.0215.16.紊流压强摆动：紊流具有脉动作用17.谢才公式=CA 𝑅𝐽；曼宁公式=1𝑅1𝑛 6J= 𝑄2 ；J=𝑕𝑓，hf=λ𝑙𝑣2→λ=8𝑔𝐶2𝐴2𝑅 𝑙

4𝑅2𝑔

𝐶218.冷水水力坡度J1大于热水水力坡度J219.粗糙区紊流散热效果最佳20.随着流量增大，紊流从光滑区到过渡粗糙区到粗糙区21.紊流粗糙区，同一材料的管道，d越小，沿程水头损失系数λ越大22.同一种管径和粗糙度的管道，雷诺数不同时，可以在管中形成紊流光滑区，粗糙区，过渡粗糙区23.文德里管测流量，流量公式是根据能量方程、连续方程推导24.文德里管的流量系数小于1的原因：能量损失，μ=𝑄实际𝑄理论25.毕托管测流速原理是驻点原理26.断面面积沿程增大的水平管道，其管轴压强不一定沿程增大，考虑水头损失27.液体作紊流运动时，相对粗糙度越大，沿程水头损失λ可能越大（穆迪图）28.只有粘性液体才有层流紊流之分五、液体三元流动基本原理2=𝜕𝑢𝑥𝜕𝑥

+𝜕𝑢𝑦𝜕𝑦

+𝜕𝑢𝑧𝜕𝑧

=0，流函数存在条件3.旋转角速度：ωz=1（𝜕𝑢𝑦−𝜕𝑢𝑥），判断无旋运动，势函数存在条件2 𝜕𝑥 𝜕𝑦4.角变形：εxy=1（𝜕𝑢𝑦+𝜕𝑢𝑥），是否剪切变形2 𝜕𝑥 𝜕𝑦5.恒定平面势流：流函ψ x，y ；𝜕𝜓

=𝑢𝑥，𝜕𝜓

=−𝑢𝑦；连续方程满足平面流动6.速度势函φ x，y

=𝑢𝑥，𝜕𝜓

=𝑢𝑦；无旋满足7.dψ= −𝑢𝑦𝑑𝑥+𝑢𝑥𝑑𝑦；dφ= 𝑢𝑦𝑑𝑦+𝑢𝑥𝑑𝑥8.不可压缩恒定平面流动中，任意两流线之间通过的单宽流量等于该两流线的流函数之差9.液体是否为有旋运动，取决于液体微团本身是否旋转，而与液体微团的运动轨迹无关10.沿着流动方向，在同一流线上各点的势函数值是增大的11.欧拉液体平衡方程对理想液体和实际液体均适用（欧拉方程只用于静止状态，而静止液体不考虑粘性）六、有压管流1.长管和短管：沿程水头损失占95%以上为长管2.长管不计流速水头和局部水头3.长管的总水头线与测压管水头线相重合4.串联管道流量相同：Q=Q1=Q2=Q3=⋯.5.并联管道沿程水头损失相等：Q=Q1+Q2+Q3+⋯6.并联管道由于液流总重量不同，所以总机械能不等，但单位能量相等7.水ft=2𝑙T=4𝑙𝑐 𝑐8.直接水ft：Ts<𝑇𝑐；间接水ft：Ts>𝑇𝑐9.直接水ft=ρcv0v，阀门完全关闭时，水ft∆P=ρcv0，则𝑔∆H=cv010.水ft研究中，液体和管道假设都是弹性体，产生可压缩的非恒定流11.管流负压区是指测压管水头线在管轴线以下的部分。12.水流在等直径直管中作恒定流动时，其测压管水头线沿程下降p=z+s=−（𝑃2+𝑣2+𝑤）𝜌𝑔 2𝑔14.v02≠0，出口处为突然扩大的水流，总水头线下降至下游水面上方，测管水头线上升后v02七、明渠均匀流1.J=Jp 水面坡度 =i 底坡，v=C 𝑅𝑖2.正坡i>0，平坡i=0，负坡i<03.正常水深h0与流量Q，糙率n，底坡i，宽度b，坡度m有关；临界水深hc与流量Q，宽度b，坡度m有关，矩形断面hc=3𝛼𝑞2，q=Q/b𝑔4.梯形断面=（b+mh0）h0，X=b+2h0 1+𝑚2，R==1𝑅1𝑛 65.水力最佳断面：当渠道的底宽i，糙率n一定，在通过已知设计流量时所选定的过水面积最小，或者是过水面积一定时通过的流量最大，符合这种条件的断面称为水力最佳断面.𝑏𝑕0

=2 1𝑚2−𝑚，矩形=2（b=2h）6.缓坡明渠中的均匀流只能是缓流，陡坡明渠中的均匀流只能是急流7.组合糙率断面：nc=𝑥1𝑛1+𝑥2𝑛2+⋯+𝑥𝑘𝑛𝑘，𝑛𝑚𝑎𝑥

<1.5~2.0𝑥1+𝑥2+⋯𝑥𝑘 𝑛𝑚𝑖𝑛nc=

𝑥1𝑛12+𝑥2𝑛22+⋯+𝑥𝑘𝑛𝑘2，𝑛𝑚𝑎𝑥

>2.0𝑥1+𝑥2+⋯𝑥𝑘 𝑛𝑚𝑖𝑛8.复式断面=Q1+Q2+⋯=K1 𝑖1+K2 𝑖2+⋯=𝐶1𝐴1 𝑅1𝑖1+𝐶2𝐴2 𝑅2𝑖2+⋯9.渠道断面设计时，选用糙率n偏小，引起输水能力不足或溢漫现象八、明渠非均匀流缓流和急流判别v<𝑐，干扰波能向上下游传播，水流为缓流c= 2.Fr<1，水流为缓流，Fr=

𝑣

，动能与势能之比

>0=h+𝛼𝑣22𝑔4.h>hc，水流为缓流，hc=3

𝛼𝑞2𝑔5.i<ic，h0>hc，即缓坡上的均匀流为缓流2.缓流断面单位能量随水深增大而增加，急流断面单位能量随水深增大而减小。→1，缓流到急流发生水跌水跃方程2=𝑕1（ 1+8𝑟2−1），矩形r= 𝑣2 𝑔𝑕2>𝑡2=2<𝑡为淹没水跃(i=ic(i>ic)6.十二条水面线熟记规律1：1区，3区升，2区降规律2：接近N-N线时，以N-N线为其渐进线规律3：接近C-C线时，垂直于C-C线均匀流的水面线是N-N线7.明渠水流中，断面单位能量Es沿程增大：缓坡M1；陡坡S1，S2；临界坡C1。断面单位能量Es沿程减小：缓坡M2，M3；陡坡S3；临界坡C3；平坡H2，H3；负坡A2，A38.壅水曲线的水深增大，高程一般减小9.缓流通过矩形断面明渠中障碍物时，障碍物上的水面必然下降(流速与波速关系)九、堰流和闸孔出流1.𝛿𝐻

<0.67，薄壁堰；0.67<

𝛿<2.5，实用堰；2.5<𝐻

𝛿<10，宽顶堰𝐻22.堰流基本集散公式=εςmB 2𝑔𝐻03，三个系数分别是侧收缩系数，淹没