【水力学】-水力学模拟试题及答案(二)

水力学模拟试题（二）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）（本大题分8小题，每小题2分，共16分）1、理想液体是 （ ）1（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。2ab的测压管水面位置如图（b）所示，其底部压强分别为pa和pb。若两容器内水深相等，则pa和pb的关系为 （ ）（1）pa＞ pb； （2）pa＜pb;（3）pa=pb； （4）无法确定。3、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、缓坡上发生均匀流必定是 （ ）（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）0.5m （2）0.7m （3）0.9m （4）1.2m7、宽顶堰流量系数m的最大值为（ ）（1）0.30 （2）0.385 （3）0.502 （4）0.758、流函数2（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 它与 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）1AB的水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图，标出数值及方向。2（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。34、定性绘出渐变渗流中两个过水断面1－1和2－2上的流速分布。五、根据题目要求解答下列各题1（4分）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分）d

d

=5cm。1水流流入大气中。已知h1

=3m h，2，

1，=2m h，3

2=3m。若不计水头损失，求出口流速及E点的压强。（取动能校正系数＝1）43（8分）在矩形断面渠道中有一升坎，坎高a＝0.5m，坎前水头H＝1m，坎上水深hw=0.2(v2/2g)(v为坎上流速)。渠道摩阻力不计。求流量qvAB（取动能动量1）4（15分）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？51．定解问题（1）基本方程：圣维南方程组 AQq

(连续方程) t x lQ

(Q2)gAZ

gAS

0

动量方程）t x A x f（2）定解条件：初始条件和边界条件条件1：水位边界条件已知 t下游边界：Z=4.0+1.5sin( )(m) 12条件2：流量边界条件已知 上游边界：Q=500(m3/s) t下游边界：Z=4.0+1.5sin( )(m) 12条件3：水位—流量关系条件已知 A=20km2 t下游边界：Z=4.0+1.5sin( )(m) 122．差分格式 Q Q j

CZj

j

CZ Dj j jEjQj

GQj

j

FZj

j

FZ j j j3．计算方法追赶法：边界条件的追赶关系条件1：水位边界条件已知QZj

Sj1

T Qj1

j1 j

Pj

V Qj1

j1条件2：流量边界条件已知Z S j

j

T Zj1

j1P V Zjjjj条件3：水位—流量关系条件已知可线性化处理后，按照条件2方法进行计算。4．程序框图开始开始上边界条件计算数组说明计算追赶系数数组基本数据下边界条件计算单位换算回代计算水位流量初始条件赋值输出计算结果时间步长循环结束5．成果分析基于教科书附录中的FORTRAN代码，自主转换编译为VisualC#程序进行成果分析。程序说明（1）红色曲线代表流量过程线48，黑色代表水位流量过程线48h，通过对各参数进行设置，自动绘出过程线，并能将数据结果输出到TXT文档。（2）因部分断面流量起伏较大或水位起伏较小，致使曲线无法显示或不便进行观察比较，故可通过乘以缩放倍比对曲线进行调整（同一条件下选择最优缩放倍比。（3）本程序的重要优势在于可对计算中的重要参数进行迅速调整，简单明了模拟出其对河道水流计算的影响程度和作用情况。（4）本程序无法绘制同一条件下不同断面流量（或水位）过程线，因而给断面情况对比分析带来一定的不便。编译结果编译结果界面如下图所示（根据题意，以断面1、1、1、21为例：1）条件1结果（水位缩放倍比5，流量缩放倍比0.：1：6：16：21：2）条件2结果（水位缩放倍比2，流量缩放倍比0.1：断面:1：6：16：21：2）条件3结果（水位缩放倍比5，流量缩放倍比0.1：1：6：16：断面21：规律分析（1）水位过程线分析：条件1中越往下游，水位不断上涨，最高水位缓慢左移；随时间推移，逐渐由水平线转为稳定的三角函数曲线。条件2中上中游水位过程线形状与上游流量过程线类似，下游形状与三角函数曲线相同。条件3中越往下游，水位不断上涨，最高水位增幅较大且缓慢左移；全过程的三角函数曲线形状由扁平逐渐趋于稳定。（2）流量过程线分析：条件1中越往下游，曲线缓慢左移（洪峰提前，各断面洪峰值23中越往下游，曲线缓慢左移（洪峰提前，各断面洪峰值变幅较小；全过程曲线形状与水位类似，但变幅更大。（3）整体分析：依据洪水的叠加效应，越往下游洪量越集中，洪峰有提前的趋向。（4）稳定性分析：本题中的0.75，Preissmann格式的稳定条件是无条件稳定，值条件（或原微分方程解的性质）=DT*C，因而可考虑通过对时间步DXDTDXDT取10mi，DX取1k（可取0-1.6k。（5）在对各断面进行绘图时可发现，初始水位和流量的取值对计算结果影响很小，并且这种影响将随着计算时刻的推移而逐渐消失，一般持续时间为前3-5小时。参数敏感性分析由前段时间的学习可知，一维模型的建立有如下假定条件：（1）河道水位较高且漫滩时，假定主槽和滩地同时向下游输送流量，但输送流速不同；（可以相等，也可以不相等；（3）一般情况下，干流与汇入支流的夹角较大，支流集中入流q入

的动量沿干流流向的分动量可忽略，即分动量Vx

0；（4）假定水密度为常数，即不随水温、气压而改变；（5）假定模拟的河段为定床情况，即不考虑河床的冲淤变化和人类活动的影响；（6）假定河道水面无横比降；（7）假定非恒定流的摩阻公式可以借用恒定流的摩阻公式；（8）假定动水压力满足静水压力分布。由于不考虑水流漫滩后，滩地对输送水量的影响，故无需考虑动量校正系数对计算的影响。而计算时均需对参数n进行率定，即根据糙率n的初值，通过上、下边界条件，以n，直至满足要求的精度。但由于本次计算无实测资料进行检验，故采用经验性参数使用，因而可对其进行较大范围的调整以反映其对计算的具体影响。现以条件1中断面6为例，其调试结果如下图：当CNO=0.02时：CNO=0.04时：CNO=0.06时：当CNO=0.5时：6．收获体会圣维南方程组属于二元一阶双曲型拟线性方程组，由于现阶段尚无法直接求出其解析在接触过《工程水文学》之后，我们了解到水文学洪水演算方法，如马斯京根法，虽然计算简单只需水文资料，但理论上具有近似性使用条件也受到限制。而这门课程中着重描述的基于圣维南方程组的水力学演算方法不仅理论严谨而且适用性强