《水力学#》期末复习题

PAGEPAGE12《水力学#》期末综合复习题一、填空题（每小题4分，共16分）1．有一明渠均匀流，通过流量，底坡，则其流量模数K=.2．水泵进口真空计的读数为，则该处的相对压强水头为m3．矩形断面渠道，水深h=1m，单宽流量,则该水流的佛汝德数Fr=。4．宽顶堰的总水头H0=2m,下游水位超过堰顶的高度hs=1.4m，此时堰流为出流。5．渗流杜比公式表明，在渐变渗流中过水断面的流速分布为。6．已知谢才系数，则沿程阻力系数=。二、单项选择题（每小题3分，共30分）1.静水中若某点的真空压强是20kPa，则其相对压强是（）（A）118kPa（B）78kPa（C）-20kPa（D）-78kPa2.水力最佳断面是（）（A）湿周一定，面积最小的断面，（B）面积一定，通过流量最大的断面，（C）最低造价的断面，（D）最小糙率的断面3.紊流中粘滞底层厚度比绝对粗糙度大得多的壁面称为（）（A）光滑面（B）过渡粗糙面（C）粗糙面（D）以上答案均不对4.当水流的沿程水头损失系数λ只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于（）（A）层流区（B）紊流光滑区（C）紊流过渡区（D）紊流粗糙区5.明渠中发生a1型水面曲线，则水流属于（）（A）急流（B）缓流（C）均匀流（D）层流6.过堰水流的流量Q与堰顶水头H的（）（A）1/2次方成正比（B）3/2次方成正比（C）2次方成正比（D）1次方成正比7.静止液体中同一点各方向的压强 （）（A）数值相等（B）数值不等(C)仅水平方向数值相等(D)铅直方向数值最大8.在平衡液体中，质量力与等压面（）(A)重合(B)平行(C)斜交(D)正交9.液体只受重力作用，则静止液体中的等压面是（）（A）任意曲面；（B）水平面（C）斜平面（D）旋转抛物面10.液体中某点的绝对压强为88kN/m2，则该点的相对压强为（）（A）10kN/m2（B）-10kN/m2（C）12kN/m2（D）-12kN/m211.过水断面是指（）（A）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12.水力学中的一维流动是指（）（A）恒定流动（B）均匀流动（C）层流运动（D）运动要素只与一个坐标有关的流动。13.作用水头相同时，孔口的过流量要比相同直径管咀的过流量（）（A）大（B）小（C）相同（D）无法确定14.已知液体流动的沿程水力摩擦系数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（）（A）层流区（B）紊流光滑区（C）紊流过渡粗糙区；（D）紊流粗糙区15.紊流的流速分布为（）（A）呈抛物线分布（B）呈线性分布（C）比层流分布更均匀（D）比层流分布更不均匀16.长管的总水头线与测压管水头线（）（A）相重合（B）相平行，呈直线（C）相平行，呈阶梯状17.矩形水力最佳断面的宽深比β=（）（A）1（B）2（C）3（D）418.在明渠中不可以发生的流动是（）（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。19.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（C）非均匀缓流（D）非均匀急流20.底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q=1.5m3/s，已知渠中某处水深h=0.4m，则该处水流的流态为（）（A）缓流（B）急流（C）临界流21.闸孔出流的流量与闸前水头的（）成正比。（A）1次方（B）2次方（C）3/2次方（D）1/2次方22.堰流的流量与堰顶水头的成正比。（A）1/2次方（B）3/2次方（C）2次方（D）1次方23.溢流坝下泄水流收缩断面水深hc的共轭水深为hc2，下游河道水深为ht，形成远离水跃的条件是（）（A）ht=hc2（B）ht＞hc2（C）ht＜hc2（D）无法确定24.渗流研究的对象是（）的运动规律。（A）重力水（B）毛细水（C）气态水（C）薄膜水25.渗流的达西公式只能适用于（）（A）恒定均匀层流（B）恒定均匀紊流（C）恒定均匀流（D）非恒定流26.按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺λL=100，模型中水深为0.1m，则原型中对应点水深为（）0.5m（B）1m（C）5.0m（D）10m27.按重力相似准则设计模型，若几何比尺为100，则流速比尺为（）（A）100（B）10（C）20（D）5028.测量水槽中某点水流流速的仪器有（）（A）文丘里计（B）毕托管（C）测压管（D）薄壁堰29.量测明槽流量的仪器是（）（A）文丘里计；（B）电磁流量计（C）量水堰（D）孔板流量计30.下列物理量中，有量纲的数为（）（A）佛汝德数Fr（B）沿程阻力系数（C）渗流系数k（D）堰流流量系数m31.缓坡明渠中的均匀流是（）（A）缓流（B）急流（C）临界流（D）可以是急流或缓流32.管流的负压区是指测压管水头线（）（A）在基准面以下的部分（B）在下游自由水面以下的部分（C）在管轴线以下的部分（D）在基准面以上的部分33.有两条梯形断面渠道1和2，已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同，但底坡i1>i2，则其均匀流水深h1和h2的关系为（）（A）h1>h2（B）h1<h2（C）h1=h2（D）无法确定34.对于并联长管道，每根管道的（）相等。（A）流量（B）切应力（C）沿程水头损失（D）水力坡度35.平衡液体的等压面必为（）（A）水平面（B）斜平面（C）旋转抛物面（D）与质量力正交的面36.理想液体恒定有势流动，当质量力只有重力时，（）（A）整个流场内各点的总水头相等（B）只有位于同一流线上的点，总水头相等（C）沿流线总水头沿程减小（D）沿流线总水头沿程增加37.有一溢流堰，堰顶厚度为2m，堰上水头为2m，则该堰流属于（）（A）薄壁堰流（B）宽顶堰流（C）实用堰流（D）明渠水流38.同一管道中，当流速不变，温度上升时，则雷诺数（）（A）增大（B）减小（C）不变（D）不一定39.一段直径不变管道的流速从2m/s增加到4m/s时，在水流都处于紊流粗糙区时，沿程水损失是原来的（）倍（A）1（B）（C）2（D）4三、判断题（正确的在括号内划“√”，反之划“╳”，每小题1分，共12分）1.牛顿内摩擦定律适用于层流运动和牛顿流体。（）2.根据连续性方程，流速与过流断面面积成正比。（）3.根据能量方程水流，水流总是从位置高的地方向位置低的地方流动。（）4.层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。（）5.明渠水流的急流和缓流是用佛汝德数Fr判别的，当Fr＞1时为急流。（）6.均匀流过水断面上各点的测压管水头都相同。（）7.明渠水流的断面比能沿流程总是增加的。（）8.渗流模型中的渗流流速与实际渗流流速相等。（）9.理想液体就是不可压缩液体。（）10.作用任意平面上静水总压力的作用点与平面的形心点重合。（）11.均质连续静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。（）12.水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（）13.渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。（）14.水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。（）15.紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。16.粘滞性是液体产生水头损失的内因。（）17.在流量和渠道断面形式一定的条件下，跃前水深越大，跃后水深也越大。（）18.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。（）19.两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。（）四、问答题（每小题5分，共20分）1.什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？2．简要叙述泄水建筑物下游消能的主要形式有哪几种？它们各自适用的条件是什么？3.什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？4.“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？5.简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。6.为什么舍齐公式只适用于阻力平方区？7.分析水面曲线时，如何寻找急流和缓流的控制断面？8.在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？五、作图题（8分）1．画出如图示曲面ABC上的水平压强分布图与压力体图。2．画出如图短管上的总水头线与测压管水头线。3．有三段不同底坡的棱柱体渠道首尾相连，每段都很长，且断面形状、尺度及糙率均相同。试定性画出各段渠道中水面曲线可能的连接形式。ii1=ici2<ici3>icK六、计算题（共22分）HROABR1.图示圆弧形闸门AB（1/4圆），A点以上的水深H＝1.4m，闸门宽度b=4m，圆弧形闸门的半径HROABR2.某矩形断面渠道，通过的流量Q=30m3/s，底宽为b=5m，水深为h=1m，判断渠内水流是急流还是缓流？如果是急流，试计算发生水跃的跃后水深是多少。（10分）3.如图所示矩形平板闸门AB宽b=3m，门重G=9800N，α=60°，h1=1m，h2=1.73m。试求：下游无水时启门力T。（10分）4.水温10。C时，水的运动粘度ν＝0.0131cm2/s，管径为10cm，管中流速为100cm/s，试判别水流流态，并求在该管中转变为另一种流态时的流速。（6分）5.图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积A=0.64m2，长l=50m，两个30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水力摩擦系数λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通过的流量Q。（10分）6.从水箱接一橡胶管道及喷嘴（如图）。橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm。水头H=5.5M。由水箱至喷嘴的水头损失hw=0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9Ncm2。如用手握住喷嘴，需要多大的水平力R，行近流速v0=0，取动能校正系数均为1。（15分）7.有一梯形渠道，底宽b=10m，水深h=3m，边坡为1:1，糙率n=0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区，求流量Q。（8分）8.有一梯形渠道，底宽b=10m，水深h=3m，边坡为1:1，糙率n=0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区，求通过的流量Q。（10分）。参考答案：填空题1.2750m3/s2.–2.5m3.0.32m4.自由出流5.矩形/或均匀分布6．0.00784二、单项选择题1.C2.B3.A4.D5.B6.B7.A8.D9.B10.B11.B12.D13.B14.C15.C16.A17.B18.C19.B20.B21.D22.B23.C24.A25.A26.D27.B28.B29.C30.C31.A32.C33.B34.C35.D36.B37.C38.A39.D三、判断题1.√2.√3.×4.×5.√6.√7.×8.×9.×10.×11.√12.×13.√14.×15.√16.√17.×18.√19.×四、问答题1．什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？答案：液体的可压缩性是指：当外界的压强发生变化时液体的体积也随之而发生改变的特性。液体的可压缩性在一般情况下可以不必考虑，但是当外界压强变化较大，如发生水击现象时必须予以考虑。2．简要叙述泄水建筑物下游消能的主要形式有哪几种？它们各自适用的条件是什么？答案：泄水建筑物下游消能的主要形式有底流消能、面流消能、挑流消能和消力戽消能，其中底流消能和挑流消能应用最多。底流消能需要修建消力池，工程量较大，适用地质条件较差的水库泄水建筑物下游和河道闸下游消能；面流消能要求下游水位变幅较小；挑流消能适用地质条件较好的高水头泄水建筑物下游的消能。3.什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性，在液体流动时会引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，我们引入了理想液体的概念，忽略液体的粘滞性，分析其运动规律，然后再考虑粘滞性影响进行修正，可以得到实际水流的运动规律，用以解决实际工程问题。这是水力学重要的研究方法。4.“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？答案：这种说法错误的。均匀是相对于空间分布而言，恒定是相对于时间而言。当流量不变通过一变直径管道时，虽然是恒定流，但它不是均匀流。5.简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。答案：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比；在层流到紊流过渡区，λ仅是Re的函数；在紊流光滑区λ=f1（Re）；过渡区λ=f2（Re，）；粗糙区λ=f3（），紊流粗糙区又称为阻力平方区。6.为什么舍齐公式只适用于阻力平方区？答案：舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式，自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区，因此该公式只适用于紊流阻力平方区。7.分析水面曲线时，如何寻找急流和缓流的控制断面？答案：急流的控制断面在上游，因为外界对急流的干扰不能向上游传播；缓流的控制断面在下游，其原因与急流正好相反。8.在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？答案：达西定律适用于任一点的渗流流速u=kJ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流，同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于v=kJ。五、作图题ii1=ici2<ici3>ic五、计算题1、图示圆弧形闸门AB（1/4圆），A点以上的水深H＝1.4m，闸门宽度b=4m，圆弧形闸门的半径R=1m，水面为大气压强。试确定圆弧形闸门AB的静水总压力大小及其方向。解：弧形闸门AB在铅垂面的投影面的形心水深为1.4+0.5=1.9m水平分力Px=pcAx=ρghc×bR=74.48kN压力体体积V=bHR+b×0.25πR2=8.74m2铅垂分力Py=ρgV=85.65kN静水总压力P2=Px2+Py2P=113.50kNtan=Py/Px=1.15∴=49°合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。2、某矩形断面渠道，通过的流量Q=30m3/s，底宽为b=5m，水深为h=1m，判断渠内水流是急流还是缓流？如果是急流，试计算发生水跃的跃后水深是多少。解：渠道内的流速v=Q/A=Q/（bh）=6m/s计算佛汝德数Fr=v/（gh）1/2=6/（9.8×1）1/2=1.92>1.0渠道内的水流为急流水跃的跃前水深h=1m，根据共轭水深计算公式，跃后水深为hc″=hc（（1+8×F12）1/2-1）/2=1×（（1+8×1.922）1/2-1）/2=2.26m即发生水跃所需的跃后水深为2.26m。3.如图所示矩形平板闸门AB宽b=3m，门重G=9800N，α=60°，h1=1m，h2=1.73m。试求：下游无水时启门力T。（10分）说明：本题难度中等。要求学生掌握作用在平面上静水总压力计算。题解和评分标准：解：闸门上的静水总压力P=pcA，pc＝ρghc=1000×9.8×（1＋1.73×0.5）=18.27kN/m2（2分）P=pcA=18.27×3×1.73÷sin60°＝109.6kN（2分）静水总压力作用点到转轴距离为m（1分）各力对转轴取力距Th2/tg60°－G×0.5h2/tg60°－PL=0（3分）∴T=131.6kN（2分）即下游无水时启门力为131.6kN4.水温10。C时，水的运动粘度ν＝0.0131cm2/s，管径为10cm，管中流速为100cm/s，试判别水流流态，并求在该管中转变为另一种流态时的流速。（6分）说明：本题较容易。要求学生掌握水流流态的判别，并会进行雷诺数的计算。题解和评分标准：解：＝76336＞2000，管内为紊流。（3分）如果要转变为层流则≤2000，则v≤2.62cm/s（3分）5.图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积A=0.64m2，长l=50m，两个30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水力摩擦系数λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通过的流量Q。（10分）说明：本题难度中等。要求学生掌握管道输水能力和方管的水力半径的计算。题解和评分标准：解：(5分）(5分）6.从水箱接一橡胶管道及喷嘴（如图）。橡胶管