2023年水力学形成性考核册

（第1、2章）

一、单项选择题（每题3分，合计12分）

1.静止液体中同一点各方向的静水压强（a）

a、大小相等b、大小不等

c、仅水平方向数值相等；d、铅直方向数值为最大

2.在平衡液体中，质量力与等压面（d）

a、重叠；b、平行c、相交；d、正交。

3.液体只受重力作用，则静止液体中日勺等压面是（b）

a、任意曲面；b、水平面c、斜平面；d、旋转抛物面。

4.液体中某点日勺绝对压强为88kN/m2,则该点的相对压强为（

b）

2222

a.10kN/mb.-10kN/mc.12kN/mds-12kN/m

二、填空题（每题3分，合计9分）

1.牛顿内摩擦定律合用日勺条件是层流运动和牛顿流体。

2.液体中某点日勺相对压强值为20kN/nR则该点日勺绝对压强值为

118kN/m2.真空度为不存在。

3.当压力体与受压面位于同一侧，则铅垂方向作用力日勺方向是向

工。

三、判断题（每题3分，合计9分）

1.理想液体是不考虑液体粘滞性日勺理想化日勺液体。3）

2.图中矩形面板上日勺静水总压力作用点。与受压面日勺形心点

C重叠。（X）

------¥——/A

hj0

-IB

3.静止液体内任何一点的测压管水头等于常数。（x）

四、问答题（每题5分，合计10分）

1.液体的基本特性是什么？

答:液体日勺基本特性是易流动、不易被压缩、均匀等向的持续介质

2.什公是液体日勺粘滞性？它对液体运动有什公影响？

答:对于流动的液体，假如液体内部日勺质点之间存在相对运动，那

久液体质点之间也要产生摩擦力来对抗这种相对运动的发生，我们

把液体的这种特性称为粘滞性；由于粘滞性的存在，液体在运动过

程中要克服粘滞助力作功而消耗能量，因此粘滞性是液体在流动过

程中产生能量损失的本源。

五、作图题（每题5分，合计10分）

1.试绘制图中43面上日勺静水压强分布图

2.试绘制图中曲面48。上日勺水平方向静水压强分布图及压力体图

nrrh

ner/k1-4-h

nd1-l-h

nrr/k1-4-h9-l-hnafR1;

题5—1题5-2

六、计算题（共4题，计50分）

1^1

1.<5——-Z

如图所示，平板在水面上作水平运动’

,速度为〃=10cm/s,平板与下部固定底板的距离为6=lmm,平板带动

水流运动速度呈直线分布，水温为20C,试求：作用平板单位面积上

日勺摩擦力。（12分）

解:由于水流运动速度呈直线分布，则流速梯度为常数，即:du/d产

0.1/0.001=100

查表1-1,温度为20。。时水日勺动力粘滞系数为:产L002xl0-3N.s/m2

根据牛顿内摩擦定律，平板单位面积上日勺摩擦力为：

T=gx（du/dy）=1.002xIONI00=0.1002N

2.

图示为复式比压计，各点的高度

nn

c口

如图所示，已知油日勺密度为〃油=800kg/m3,水银日勺密度为水日勺密度13.

6倍，求43两点日勺压强差。（12分）

解:图中等压面为C-C,D-D,E-E。计算如下:

PC=PA+P水gx0.5

PD=PLP汞gxO2

PE=PD+p油gx0.3

PB=PE-P水gx0.6-p汞gx0.4

PB=PA+P水gx0.5—p汞gx0.2+p油gx0.3—p水gx0.6—p汞gx0.4

x

PA-PB=p7kg0.l+p^gx0.6-p；ftgx0.3

=1x9.8x0.1+13.6x1x9.8x0.6—0.8x9.8x0.3

=78.596KN/m2

3.如图所示矩形挡水闸AB,已知水深力=3

m,板日勺宽b=2.5m,求作用在矩形平板43上的静水总压力大小以及

作用点处的水深。（12分）

解：依题意作用在闸门AB上昨J静水总压力P应为:

P=pcA=pghcA=pg(h/2)xhb=]/2xpgh2b

=1/2x1x9.8x32x2.5=110.25KN

静水总压力P日勺作用点为:

22

y=—h=—x3=2m

Dn33

即总压力日勺作用点位于水面下2米处。

4.

图示为溢流坝上的弧型闸门。已知火=6m,

弧门宽B=5m,a=60°,试求：

（1）作用在弧型闸门上日勺静水总压力。（10分）

（2）静水总压力作用点而的位置。（4分）

解：（1）计算水平分力：

Fpx-pghcAx=pg(4+—77)xHB-pg(4+—7?sina)x7?sinaB

=1x9.8x(4+^-x6xsin60°)x6sin60°x5=16799KN

计算垂直分力：垂直分力等于压力体eabB日勺水重。

长方形abce面积=aexec=4x(6-6xcos60°)=12m2

扇形eoB的面积=(60/360)x7rxR2=(1/6)x3.14x62=18.84m2

三角形coB日勺面积=(1/2)xBcxco=(l/2)x6sin6(px6cos60o=7.79m2

压力体eabB日勺体积=(12+18.84-7.79)x5=115.25m3

因此垂直分力Fpz=pgv=1X9.8X115.25=1129.5KN(反向向上)

闸门上的静水总压力Fp==川679.92+1129.52=2024.3KN

⑵Fp和水平线日勺夹角为B，tanp=A肾|=0.672

Px

邛=33.90。

由于曲面是圆柱面日勺一部分，各点压强都垂直于圆柱面，且同通过

圆心。点，因此总压力Fp日勺作用线必通过O点，Fp的作用点距水平面

日勺距离:

〃D=4+RsinB=4+6sin33.90°=7.35m

水力学作业2

（第3、4章）

一、单项选择题（每题2分，合计10分）

1、紊流粗糙区日勺水头损失与流速成（b）

a、一次方关系；b、二次方关系；

c、1.75〜2.0次方关系;d、不能确定

2、已知液体流动日勺沿程水头损失系数入与边壁粗糙度和雷诺数Re均

有关，即可以判断该液体流动属于（c）

a、层流区；b、紊流光滑区；c、紊流过渡粗糙区；d、紊流粗糙区

3、有压管道日勺管径d与管流水力半径日勺比值d/R=（b）

a、8b、4c、2d、1

4、已知突扩前后有压管道的直径之比dl/d2

=1:2,则突扩前后断面日勺雷诺数之比为（a）

a、2b、1c、0.5d、0.25

5、层流断面流速分布规律符合（c）

a、对数分布；b直线分布；c、抛物线分布；d、椭圆分布

二、填空题（每题2分，合计8分）

1、恒定流时流线与迹线重叠。

2、实际液体在流动时产生水头损失的J内因是液体B勺粘滞性,

外因是劝界条件日勺影响。

3、雷诺试验揭示了液体存在层流和紊流

一两种流态，并可用临界雷诺数来鉴别液流日勺流态。

4、在等直径长直管道中，液体日勺温度不变，当流量逐渐增大，管道

内昨J雷诺数Re将逐渐增大。

三、判断题（每题2分，合计16分）

1、根据持续性方程，流速与过流断面面积成正比。（x）

2、水流总是从压强大日勺地方向压强小日勺地方流动。（x）

3、只有过水断面上各点流速相等日勺流动才是均匀流

（x）

4、均匀流与渐变流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流。

（x）

5、鉴别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数Re为。N）

6、层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。（x）

7、根据达西公式瓦=九——

4R2g

,层流沿程水头损失与流速平方成正比。（x）

8、紊流粗糙区日勺沿程水头损失系数只与雷诺数有关。

（x）

四、问答题（每题5分，合计10分）

1、有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法与否对的？为何？

答:这种说法是错误日勺，均匀流不一定是恒定流。因均匀流是

相对于空间而言，即运动要素沿流程不变，而恒定流是相对于时间

而言，即运动要素不随时间而变。两者鉴别原则不一样。

2、根据尼古拉兹试验，简朴论述沿程水头损失系数入在不一样流

态日勺变化规律。

答：通过尼古拉兹试验可以发现：在层流中九仅是雷诺数Re昨J

函数并与Re成反比；在层流到紊流过渡区，入仅是Re的函数；在紊

流光滑区入=6（Re）;

过渡区h&（Re,△/（!）;粗糙区bf3（4d）,紊流粗糙区又称为阻力

平方区。

五、计算题（共5题，计56分）

1、管道直径d=10mm,通过流量。=20cm3/s,运动粘度丫=

2

0.0101cm/so问管中水流流态属层流还是紊流？若将直径改为d=

30mm,水温、流量不变，问管中水流属何种流态？

（8分）

解：⑴•.・运动粘度v=0.0101cm2/s,而管道截面积A=7td2/4,v

=Q/A,

则管道流动日勺雷诺数：

vd404x20x10-6

Re=—=——=——-~~-z~八八,八,~-r=2523D2000(Re.)

vndv3.14x10x10xO.OlOlxlOx

••・管道水流为紊流。

(2)管道流动日勺雷诺数Re=^=学

vTiav

,故可知水温、流量不变，管径扩大3倍后日勺雷诺数

4Q11n

Re=-^―=-Re=-x2523=84102000(Rek)

无(3d)v33

.•・将直径改为d=30mm,水温、流量不变，管中水流是层流。

2、图示水箱一侧有历来上开口日勺短管，箱内水位恒定，水通过

管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面昨J高度力=5

m,管嘴局部水头损失系数，=02取动能校正系数a=l。求管嘴日勺出

由〃=5m,，=0.2,a=l得

v2v2

h=—+0.2x—

2g2g

V2V2

--------+0.2x--------=5

2x9.82x9.8

v=9.04m/s

（2）以管嘴出口为基准面，管嘴出口2和水面3列能量方程，得:

av2

0+0+——=z+0+O

2g

由v=9.04m/s,a=l得

v29.042

z=—=~~~—=4.11m

2g2x9.8

3、已知如图所示的文丘里管流量计，管日勺直径4

=5cm,d2=2cm,1断面与喉管断面的测压管水头差为=5cm

，假如文丘里管流量计流量修正系数11=0.98,求管路中通过流量。为

多少？（不计水头损失）（12分）

解:计算文丘里管常数：

3.14XQ.Q522x9.8

=0.0014〃/35

4(di®)"—14(0.05/0.02)4—1

管路中通过日勺流量:0

Q=gkVnh=0.98x0.0014x-y/0.05=0.0003/n3/s

4、某水平管路日勺直径4=7.5cm,管内流速i，］=0.70m/s,管路末端接

一渐缩喷嘴通入大气(如图)。喷嘴出口直径必=2.0cm,用压力表测

得管路与喷嘴接头处压强夕W9kN/m2,求

水流对喷嘴日勺水平作用力河取动量校正

系数为1)(12分)

解:取管路1-1断面和管嘴2-2断面为计算断面，根据持续方程得：

Q=V,A,=v,x-7td,2=0.7X-X3.14X0.0752=0.0031»?/S

22

v2=((/,/d2)xVl=(0.075/0.02)x0.7=2.625mIs

对喷嘴建立x方向日勺动量方程，0=1得：

pAi-P邛pQ(V2x-Vix)

F=pAi—BpQW—vi)=49x(l/4)x3.14x0.0752-1x1x0.0031x(2.625-

0.7)

-0.21KN

水流对喷嘴日勺水平作用力F与F大小相等，方向相反。

5、有一浆砌块石日勺矩形断面渠道，宽6=6m,当。=

14.0m3/s时，渠中均匀水深〃=2m,糙率"=

0.025,试求500m长渠道中的沿程水头损失。(12分)

解:计算渠道断面水力要素：

过流断面面积A=bh=6x2=12m2

湿周％=b+2h=6+2x2-10m

水力半径R=3=雇=1.2加

x10

Q14

v=—=—=[Alm/s

A12

根据舍齐公式，沿程水头损失:

n2v20.0252X1.172

hx500=0.335/??

fLF73

水力学作业3

（第5、6、7章）

一、单项选择题（每题2分，合计10分）

1、根据管道水头损失计算措施日勺不一样，管道可以分为（

a）

a、长管，短管；b、复杂管道，简朴管道；

C、并联管道，串联管道；

2、矩形水力最佳断面曰勺宽深比6=（b）

a、1;b、2;c、3;d、4

3、在缓坡明渠中不可以发生的流劫是（b）

a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。

4、长管的J总水头线与测压管水头线（b）

b、重叠；b、相平行日勺直线；c、相平行呈阶梯状。

5、水流在明渠中的流态为缓流时，其水深hh

弗

汝

德

数

F

r

□

□

□

□

□

1

)

a、□,□;b、□,□;(:、□,□;d、□,口。

二、填空题(每题2分，合计4分)

1、在水击计算中阀门关闭日勺时间，口，水击相长昨J水击，称为

直接水击,把I□7；日勺水击称为间接水击。

2、即型水面曲线是发生在陡坡上日勺—急

流（指急流或缓流）日勺水面线，汶时•弗汝德数Fr沿程减小

（指增大、减小或不变）

三、判断题（每题2分，合计12分）

1、水泵的扬程就是指提水日勺高程。（x）

2、同样条件下直接水击比间接水击更不安全。（4）

3、在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（x）

4、在流量和渠道断面形状一定日勺条件下，水跃日勺跃后水深随跃

前水深日勺增大而增大。（x）

5、断面比能沿流程总是减小日勺。（x）

6、陡坡渠道中产生均匀流必然是急流，缓坡上出现均匀流必为缓流

oN）

四、问答题（每题4分，合计8分）

1、简述明渠均匀流日勺特性。

书本P148面

2、鉴别明渠水流日勺流态有哪几种措施？

答:有四种措施：（1）用弗德德数鉴别（2）用微波波速鉴别］（3）用临

界水深鉴别（4）用临界流速鉴别

五、作图题（共2题，计8分）

1、定性绘出图示管道（短管）日勺总水头线和测压管水头线。

2、

定性绘出图示棱柱形明渠内日勺水面曲线，并注明曲线名称及流态。（

各渠段均充足长，各段糙率相似）

（a）（b）

七、计算题（共6题，计58分）

1、图示用直径d=

0.4m的钢筋混凝土虹吸管从河道向浇灌渠道引水，河道水位为120m

，浇灌渠道水位118m,虹吸管各段长度为/】=10m,l2=5m,/3

=12m,虹吸管进口安装无底阀的滤网（C=

2.5）,管道有两个60。的折角弯管4=0.55）。（12分）

求：(1)通过虹吸管日勺流量。

(2)当虹吸管内最大容许真空

值及

=7.0m时，虹吸管H勺最大安装高度。

解:

(1)虹吸管13勺出口沉没在水面如下，当不计行近流速时，可按照沉没

出流公式来计算流量。

先计算管道流量系数：

___________1_________________________]

=0.443

I~/]+/2+I10+5+12

j-+^e+^bJ0.022X—d+2.5+2x0.55

虹吸管H勺流量:

I—3.14x0.42,------------------3

3

Q=iicA42gz=0.443x(——-——)x72x9.8x(120—118)=0.35m/s

(2)虹吸管日勺最大真空发生在管道日勺最高位置。即B—

B断面。以上游河面为基准面，对断面0—0和断面B—

B建立能量方程:

0+―+^—=hs+—+~+〃…

Pg2gpg2g

I,+/,v2

其中

ClNg

,v=Q/A=0.35/(3.14x0.22)=2.79m/s,取a=1.0,v()M),代入得贝

2

pPBI,+/av

u=h「(l+九—+M+&bK

pgPgQNg

式中空一”是断面B—B的真空值，它满足皇一生ghv=7m口即

PgPgPgPg

/,+/av2

1^+（1+九丁2+仆纲『八

故虹吸管日勺最大安装高度：

/,+/,av2

hsSh、一（1+入—+以+纲丁

10+52.792

=P-(1+0.22x——+2.5+0.55)x——]=5.06加

u.qzxy.o

2、底宽6=1.5m日勺矩形明渠，通过日勺流量为。=1.5

m3/s,已知渠中日勺水深/?=0.4m,则判断该处水流的流态。

（7分）

解:求临界水深hk:

q=Q/b=1.5/1.5m3（s，m）=Im3（s-m）

用临界水深鉴别:ho<hk，因此该处水流的）急流°

3、已知底宽为6=6m日勺矩形渠道中，临界水深为hk

=L37m,求渠道内通过的流量。。（7分）

解:根据矩形断面明渠临界水深公式，求矩形断面日勺单宽流量:

hk其中口a=EQhk=1.37得

q=5.021m3(sm)

因此，Q=qb=5.02x6=30.12m3/s

4、有一混凝土护面日勺梯形渠道，底宽b=10m,正常水深h=3

m,边坡为1:1,底坡i=0.001,糙率〃=

0.014。如流动在紊流粗糙区，求谢才系数C和均匀流日勺。流量。

(10分)

解:计算梯形断面日勺水力要素：

A=(b+mh)h=(l0+1x3)x3=39m2

X=b+2h-Jl+m2=(10+2x3A/1+12)=18.485/M

R=A/%=2.1Im

故，c==—1—2.111/6=80.89加'21s

n0.014

Q=AC4Ri=39x80.89x^2.11x0.001=144.9而'/s

5、有一矩形断面混凝土渡槽(n=0.014),底宽b=L5m,槽长L=116.

5m。进口处槽底高程▽=52.06m,当通过设计流量Q=7.65m3/s时，槽

中均匀流水深ho=1.7m,试求渡槽出口日勺底高程▽??

（10分）

解:计算矩形断面日勺水力要素：

渡槽断面面积：A=bh（）=1.5x1.7=2.55m2

湿周:x=b+2h0=l.5+2x1.7=4.9m

水力半径：R=A/x=0.52

舍弃系数：C=LR"6=J^052"6=64.05加，2/s

n0.014

根据明渠均匀流公式，计算i

Q=ACyfRi

2222

i=Q/ACR=7.65/64.052X2.552X0.52=0.0042

-Z\-Z2

1~I

z2=z,—i/=52.06—0.0042X116.5=51.57m

6、在矩形断面水平渠道中设一平板闸门，如图所示，闸门与渠

道同为宽度6=4m,闸孔出流量。=12m3/s,闸下收缩断面水深几

=0.4m,产生水跃与下游水流衔接，下游水深ht

=L4m,求跃前水深并鉴别水跃发生日勺位置。（12分）

解：1

（1）跃前水深'

AA

求临界水深hk

。12

q=1=—/M3l(s•m)-3m3/(s-m)

lx32

%=-3--------=0.972m

V9.8

由于h/hk，所如下游水流是缓流。

根据能量方程，以渠道底为基准面，对断面1-1和t-

t建立能量方程。

2

„a.v.ay2

H+—=h,+—+hu

2g2g

忽视行进水头，则匕=0,取«=1,不计水头损失。

Q12

匕=———=----=2A4m/s

bxht4x1.4

1x2.14?

"+0=1.4++0

2x9.8

求得H=1.6m.

(2)鉴别水跃发生日勺位置

先求收缩断面水深儿的共和水深儿”

由于

ht<V.为远驱式水跃衔接，水跃发生在％的共匏水深处九”

\

21.432

1+8--L-1=——xl+8x-1=0.642m

g%29.8x1.43

7)

姓名:

水力学作业4

学号:

（第7、8、9章）

得分:

一、单项选择题（每题2分，合计16分）

1、闸孔出流日勺流量与闸前水头日勺（d）成正比。

a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方

2、溢流堰的过堰流量与堰顶水头日勺（c）次方成正比。

a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方

3、底流式消能池中产生日勺水跃应当是（a）

a、远离式水跃，b、临界水跃，c、强沉没水跃，

d、沉没系数为1.05〜1.1日勺弱沉没水跃

4、对于底坎为平顶堰日勺闸孔，相对开度e/H>（a

）时日勺水流运动为堰流。

a、0.65b、0.67c、0.75d、2.5

5、渗流研究日勺对象是（aX勺运动规律。

a、重力水；b、毛细水；c、气态水；d、薄膜水。

6、按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺加=100,模型中水

深为0.1米，则原型中对应点水深为和流量比尺为（d）

a、1米，入Q=1000;b、10米，入Q=100;

c、1米,XQ=100000;d、10米,XQ=100000O

7、测量水槽中某点水流流速日勺仪器有（b）

a、文丘里计b、毕托管c、测压管d、薄壁堰

8、泄水建筑物下游发生远驱水跃，下游收缩断面水深瓦日勺共宛水深

儿□下游河道的水深〃t。(c)

a、□,b、□,c、□°

二、判断题(每题2分，合计12分)

1、其他条件相似时，实用堰的流量系数不小于宽顶堰日勺流量系数。

2、影响WES实用堰流量系数日勺两个原因是:实际水头”与设计水头

为之比，上游堰高尸与设计水头儿之比。3)

3、底流消能消力池深度是以通过日勺最大流量作为设计流量日勺。

(x)

4、渗流达西定律合用日勺条件是恒定均匀层流渗流，并且无渗透变形

o

5、两个液流只要在对应点日勺速度和加速度日勺大小成比例，则两个

液流就是运动相似日勺。*)

6、棱柱体明渠恒定渐变流日勺水面曲线有12条，而地下河槽无压渗流

日勺浸润曲线只有4条。N)

三、问答题(每题4分，合计12分)

1、简述堰昨J分类和对应日勺水流运动特性。

详见P206,堰流日勺分3类：1、薄壁堰流2、实用堰流3、宽顶堰流

2、简述泄水建筑物下游有哪几种消能形式和它们日勺特点。

详见P227,泄水建筑物下游有3种消能形式1、底流消能与衔接2、

挑流消能与衔接3、面流消能与衔接

3、建立渗流模型应遵照哪些原则？

详见P242,(1)(2)(3)

(1)通过渗流模型的流量必须和实际渗流日勺流量相等。

(2)对同一作用面，从渗流模型得出日勺动水压力，应当和真实渗流

动水压力相等。

(3)渗流模型的阻力和实际渗流应相等，也就是说水头损失应当相

等。

四、计算题(共5题，计60分)

1、有一5孔WES型实用堰。每孔净宽6=8.0m,堰高P=50

m,堰顶设计水头H—3.2

m,溢流堰下接远离式水跃。已知WES型实用堰的设计流量系数加d=

0.502,侧收缩系数£=0.96,(10分)

(1)求实用堰日勺设计流量。d，

(2)假如实测堰顶设计水头H=4.0

m,过堰流量。为500m3/s,试求流量系数

解：(l)PZf/=50/3.2=15.6〉1.33是高堰，且溢流堰下接远离式水跃，为

非沉没，实用堰日勺流量,5=1，得:

0d=5£加皿)侬"%=1x0.96><0.502x5><8x7197x3.2^^488.52m3/s

(2)当H=4.0

mrQ=500m3/s时，。方=50/4=15.6>1.33是高堰，为非沉没，实用堰d=

1,得：

Q=os8mnb伍H%

500=1x0.96xmx5xgxx4%

求得:m=0.368

2、某平底坎水闸，共有10孔，采用平板闸门，每孔宽度为6

=4m,闸门开度