【水力学】-水力学期末试卷

1/1/11/1/1天津大学试卷专用纸学院 专业 班 年级 学号 姓名 共4页第1页2007～2008学年第二学期期末考试试卷《水力学》（A卷 共4页）（考试时间：2008 年6月20日）题号 一 二 三 四 五 六 七 八 成绩 核分人签字得分一、基本概念部分（40分）（一） 判断题（每小题1分，共10分）判断下列说法是否正确。若正确在括号内划√，否则划 。（1）在绘制水头线时，会出现位置水头高于总水头线的情况。--------------（ ）（2）动能修正系数的取值与断面流速分布有关。---------------------------------------（）（3）在自然界存在着一种不具有粘滞性的液体，我们称它为理想流体。------（ ）（4）无论流体作何种运动，流体内任何一个水平面都是等压面。------------（ ）（5）无限空间淹没紊流射流的部分结果可应用于有限空间淹没紊流射流的变量计算中。------------------------------------------------------------（ ）

（二）选择题（210）在下列命题中选择出正确的说法，添在括号内。5.圆管的水力半径是---------------------------------------------------（）（a） d/2 , （b） d/3 , （c） d/4 ,（d） d/5.（2）流体内部某点存在真空，是指 ------------------------------------------（）（a）（b）该点的相对压强为正值（c）（d）该点的相对压强为负值（3）在水箱上接出一条等直径圆管，末端设有阀门已控制流量，当水箱内水面随时间变化阀门开度一定时，管中水流为 -------------------------------------------（）（a）恒定均匀流 （b）恒定非均匀流（c）非恒定均匀流 （d）非恒定非均匀流（6）在一般情况下，可以按照一种以上相似准数相等的条件来设计模型。----（ ） （4）总水头线与测压管水头线的基本规律之一，是： --------------------------（7）若两孔口形状、尺寸完全相同，作用水头相同，一个为自由出流，一个为淹没出 （ ）流，二者的流量是相同的。------------------------------------------------------------（） （a）总水头线总是沿程升高。 （b）总水头线总是在测压管水头线的上方。（8）急变流一定是非恒定流。------------------------------------------（ ）（9）临界雷诺数的大小仅与流体的流速有关，与流体的性质无关。----------（ ）

（c）测压管水头线沿程升高。 （d）测压管水头线总是沿程下降的。（10）亚音速气流在收缩形管路中，可以在一定条件下获得超音速的速度。--------- （5）下面关于流体粘性的说法中，不正确的是 --------------------------------------------------------------------------------------------（）

（ ）（a）粘性是流体的固有属性。（b）粘性是在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形速率能力的量度。（c）流体的粘性具有传递运动和阻滞运动的双重性。（d）流体的粘性随着温度的升高而增大天津大学试卷专用纸学院 专业 班 年级 学号 姓名 共4页第2页（三） 简答题（每小题4分，共20分）p1．g、各有什么物理意义和几何意义？2．指出水击形成的四个阶段。采取哪些办法可减少水击压强？

5．下面几种流动：（a）转角大于180度时出现的流动分离，并在分离后出现漩涡，造成损失；（b）尼古拉兹试验中，贴上不规则沙粒后的水流粗糙区内的沿程水头损失；（c）圆球下落时尾部所产生的卡门涡；（ d）处于水力光滑区内的沿程水头损失；（e）突然扩大造成的局部损失。哪几种流动造成的能量消耗具有相似的内在机理？二、计算题（共60分）（四）14.4 一平面流动 x方向的流速分量为 u=3ɑ(2-2)，在点A（0，0）处，3．计算工业管道的沿程阻力系数能否采用人工粗糙管的公式？为什么?

u=u=0，试求通过A（0，0）、B（1，1）两点联线的单宽流量q分）

为多少？（9AB lv24h∝Vmmh

采用统一公式 d2g?f f天津大学试卷专用纸学院 专业 班 年级 学号 姓名 共4页第3 页（五）如图示，闸门AB宽1.2m，铰在A点，压力表G的读数为－14700N／m2，在 （六）如下图所示为嵌入支座内的直角弯段等径输水管，其直径 d250mm，流量右侧箱中油的容重γ＝8.33KN/m2，问在B点加多大的水平力才能使闸门AB平衡？

Q0.12m3/s176.4kPa（相对压强），管道中心均在同一水平面0（12分）

上，试求支座所受的水平力R，可不计水头损失。 （12分）天津大学试卷专用纸学院 专业 班 年级 学号 姓名 共4页第4页（七）水塔经图示管道系统供水。已知供水流量Q=0.1m3/s，要求末端自由水头为 （八）3.13 一直径沿程不变的输水管道，连接两水池，如图所示，已知管道直径d＝10m

=100m，L2

=200md1

=200mm(比阻 0.3m，全管长l＝90m，沿程阻力系数＝0.03，进口局部水头损失系数

1＝0.5，折a1=a4=9.029s2/m6),d2=d3=150mm(a2=a3=41.85s2/m6（不要求修正比阻）试求：(1)Q2，Q3；(2)水塔水面高度H。 （12分）

弯局部水头损失系数=0.3，出口水头损失系数＝1.0，出口在下游水面以下深度h2=2.3m，在距出口30m处设有一“U”型水银测压计，其液面h＝0.5m，较低的水银液面距管轴1.5m，试确定：2 3QZ；2 3定性绘出总水头线及测压管水头线。（15分）1．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