水力学期末考试复习题与答案.docx
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水力学期末考试复习题与答案
水力学期末考试复习题及答案
1、选择题：
（每小题2分）
（1）在水力学中，单位质量力是指（
c）
a、单位面积液体受到的质量力；
b、单位体积液体受到的质量力；
c、单位质量液体受到的质量力；
d、单位重量液体受到的质量力。
（2）在平衡液体中，质量力与等压面（
d）
a、重合；
b、平行
c、相交；
d、正交。
（3）液体中某点的绝对压强为
100kN/m2，则该点的相对压强为b
a、1kN/m2
b、2kN/m2
c、5kN/m2
d、10kN/m2
（4）水力学中的一维流动是指（
d）
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。
（5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=（b）
a、8；b、4；c、2；d、1。
（6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有
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
（7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。
已知水击波速c=1000m/s，
水击压强水头H=250m，则管道中原来的流速v0为c
a、1.54mb、2.0mc、2.45md、3.22m
（8）在明渠中不可以发生的流动是（c）
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。
（9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（b）。
a、均匀缓流；b、均匀急流；c、非均匀缓流；d、非均匀急流。
（10）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b
a、缓流；b、急流；c、临界流；
（11）闸孔出流的流量Q与闸前水头的H（d
）成正比。
a、1次方
b、2次方
c、3/2次方
d、1/2次方
（12）渗流研究的对象是（a
）的运动规律。
a、重力水；b、毛细水；c、气态水；d、薄膜水。
（13）测量水槽中某点水流流速的仪器有
b
a、文丘里计
b、毕托管
c、测压管
d、薄壁堰
（14）按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺
λL，模型中水深为
0.1
=100
米，则原型中对应点水深为和流量比尺为
d
a、1米，λQ=1000；
b、10米，λQ=100；
1
c、1米，λQ=100000；
d、10米，λQ=100000。
2、判断题：
（每小题2分）
（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。
（x
）
（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。
（
x
）
（3）水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。
（x
）
（4）粘滞性是液体产生水头损失的内因。
（
T
）
（5）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。
（
T
）
（6）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。
（
X
）
（7）矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。
（
T
）
（8）断面比能沿流程总是减小的。
（
X
）
（9）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。
（X）
（10）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。
（T）
3、填空题：
（每小题2～4分）
（1）牛顿内摩擦定律适用的条件是
和
。
答案：
层流运动，牛顿液体
（2）液体中某点的绝对压强为100kN/m2
，则该点的相对压强为
kN/m2，真空度为
。
答案：
2，不存在.
（3）只受重力作用，静止液体中的等压面是
。
答案：
水平面。
（4）实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是
，
。
答案：
液体存在粘滞性和边界的影响。
（5）水流在明渠中的流态为缓流时，其水深
h
hk，弗汝德数Fr
1。
（填写
、
、符号）
答案：
，
。
（6）在流量不变的条件下，水跃的跃前水深越小，则水跃的跃后水深越
。
答案：
大。
（7）根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为
和
。
答案：
短管，长管。
（8）在水击计算中阀门关闭的时间Ts
水击相长Tr的水击，称为
水击，把TsTr的水击称为
水击。
答案：
直接，
间接。
（9）
a
2型水面曲线是发生在
坡上的
流（指急流或缓流）
的水面线，这时弗汝德数Fr沿程
（指增大、减小或不变）
答案：
陡坡，
缓流，减小。
（10）溢流堰的过堰流量与堰顶水头的
次方成正比。
2
答案：
3/2。
（11）泄水建筑物下游发生远驱水跃时，下游收缩断面水深hc的共轭水深
’’
hcht（ht为下游河道的水深，填写、、符号）
（12）按重力相似准则设计的溢流坝水力模型，长度比尺λL=25，当模型中某
点的流速为vm
，则原型中对应点的流速为
p
=
m/s
。
=o.8m/s
v
答案：
4m/s。
4、问答题：
（每小题3
～4分）
（1）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。
（2）“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。
（3）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（
R
），紊流粗糙区又称为阻力平方区。
R
（4）为什么舍齐公式vCRi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。
（5）流动相似的含义是什么？
答案：
流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似。
其中几何相似是前提，动力相似是保证，才能实现流动相似。
（6）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。
答案：
均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能来克服水流阻力。
所以均匀流只能产生在正坡渠道中。
（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。
3
5、作图题：
（1）定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。
（5分）
v0=0
总水头线
测压管水头线
v0=0
解：
（2）定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线，并注明曲线名称及流态。
（各渠段
均充分长，各段糙率相同）（5
K
i1iK
K
2
i3>iK
分）
解：
6、计算题：
（1）图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为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
N1
缓流
a1
缓流
K
b
1
N1
N3
b
急流
i1
2
i2K
i3>iK
N3
分）
4
解：
按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程
Hhw（
l
）v2
（5分）
4R
2g
计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数
R
A
0.2m,
0.220.51.01.9
将参数代入上式计算，可以求解得到
v
4.16m/s,
QvA2.662m3/s
（5分）
即倒虹吸管内通过的流量为
2.662m3/s。
（2）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，取动能校正系数和动量校正系数均为1。
（15分）
解：
以过喷嘴中心的水平面为基准面，列水箱渐变流断面
1—1和
喷嘴出口断面
2—2的能量方程
H0
0
0
v2
2
0.5
（5分）
0
2g
求得喷嘴出口流速和流量为
v2
2
g59.9m
s
Q
v2A2
m
3
s
（1.5分）
0.000314
橡胶管道内的流速为
v3
Q
m
s
（1分）
A3
0.706
5
对于喷嘴建立x方向的动量方程
p3A3
R
Q（v2x
v3x）
Rp3A3
Q（v2
v3）187.79N
（6.5分）
水流对喷嘴冲击力为
R
R即为手握喷嘴所需之力。
（1分）
（3）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。
（9分）
解：
计算渠道断面水力要素，
过流断面面积
A
bh
mh2
39m2
（1.5分）
湿周
x
b
2
1
2
h
18.49
m
（1.5分）
m
水力半径
R
A
2.11m
（1分）
x
舍齐系数
C
1
1
/s
（2分）
1R680.90m2
n
通过的流量
Q=AC（Ri）0.5=144.93m3/s
（3分）
（4）某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。
已知渠宽
B＝18m，流量Q＝265m3/s，
坝下收缩断面处水深hc
，当坝下游水深
t
时，问：
（
=1.1m
h=4.7m
12分）
1）坝下游是否发生水跃？
（4分）
2）如发生水跃，属于何种形式的水跃？
（4分）
3）是否需要修建消能工？
若需要修建消能工，估算消力池深。
（4分）
解：
1）计算临界水深hk，判断收缩断面和下游水流流态，
q=Q/B=265/18=14.72m3/sm
q2
314.722
hk3
2.81m
g
9.8
因为收缩断面水深hc
k为急流，下游水深
t
k为缓流，
=1.1mh
h=4.7m
h
所以溢流坝下游必定发生水跃。
6
2）计算收缩断面处水深hc的共軛水深hc"
"
hc
（1
8
q2
1）
ghc3
hc
＝
2
1.1
14.722
＝2
（1
8
9.8
1.131）＝5.81m
因为
hc"
t，该水跃为远驱水跃。
h
3）溢流坝下游发生远驱水跃，需要修建消力池。
估算消力池深d，取水跃淹没系数
j＝1.05
则池深约为
d=
jhc"-ht=1.055.81–4.7=1.40m
水力学模拟题2
。
一、选择题（每小题1分，共5分）
1、明渠均匀流可能发生在：
（）
A、平坡棱柱形渠道；B、顺坡棱柱形渠道；C、逆坡棱柱形渠道；D、都有可能。
2、某水库水深为10m处的绝对压强为：
（）
A.10kPa；B.98kPa；C.147kPa；D.196kPa。
3、在圆管流中，层流的断面流速分布符合：
（）
A、均匀规律；B、直线变化规律；
C、抛物线规律；D、对数曲线规律。
4、圆柱形外管嘴的正常工作条件是：
（
）
A.A.
l（3～4）d，H0
9m；
B.B.
l（3～4）d，H0
9m；
C.C.
l
>（3～4）
d,H0
9m；
D.D.
l
<（3～4）
d,H0
9m。
5、粘性液体总水头线沿程的变化是：
（）
A.A.沿程下降；B.沿程上升；C.保持不变；D.前三种情况都有可能。
二、填空题（每空2分，共12分）
1、水力最优矩形断面的宽深比是，其水力半径等于的一半。
2、水的运动粘滞系数随温度的升高而__，它的单位是。
3、紊流时粘性底层厚度随雷诺数的增加而。
4、明渠均匀流的和等物理量沿程不变。
5、在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深
将，临界水深将。
7
6、由于薄壁堰具有稳定的
和
关系，一般多用于实验室及小河渠的
测量。
三、简答题（每小题
5分，共18分）
１、试分别说明雷诺数
Re，佛汝德数Fr的物理意义及其在水力学中的主要用途？
（5分）
2、什么是水击？
减小水击压强的措施有那些？
（
5分）
3、“恒定流与非恒定流”，“均匀流与非均匀流”，“渐变流与急变流”是如何定义的？
（8
分）
五、计算题（共65分）
1、某有机玻璃矩形断面明渠，底宽
b0.15m，水深h
0.065m，渠底坡i
0.02，均匀
流时测得流量Q
20L/s，试求渠道的粗糙系数
n值。
（10分）
2、一矩形断面渠道，如图所示。
已知闸前水深
H14m，闸门开启高度e
1m，渠道底
宽b3m，闸孔垂直收缩系数
0.62，闸门局部水头损失系数
0.1，两段渠道的底
坡分别为：
i1
0，i2
0.05，渠道糙率n0.04，不计闸前行进流速，试判别第二段渠
道中的水流为缓流或急流？
并定性绘出两段渠道中的水面曲线
（两段渠道均充分长）。
（提示：
能量方程求出流量，在求出临界水深以及临界底坡）
（15分）
3、某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。
已知渠宽
b18m，流量Q265m3/s，坝下收缩
断面处水深hc1.1m，当坝下游水深ht
5m时，试
（1）判别收缩断面处和坝下游的流态？
（2）下游是否需要修建消能工？
（
15分）
4、如图所示为一平面闸门
AB，宽b
5m
，闸门在水深H
8m下工作。
求闸门所受静水
总压力的大小和作用点。
（10分）
5、图示一跨河倒虹吸管，管道直径
d1.0m，管道总长l
50m，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，沿程水头损失系数
λ=0.024，上下游
水位差H
5m，求通过的流量
Q?
绘制管道的总水头线和测压管水头线（
15分）
8
水力学答案
一、选择题（每小题1分，共5分）
1.B2.D3.C4.B5.A
二、填空题（每空2分，共12分）
1、2；水深
2、降低；m2/s
3、减小
4、水深和断面平均速度
5、减小；不变
6、流量和水头；流量
三、简答题（每小题
5分，共18分）
１、答：
（1）雷诺数Re的物理意义：
它表征液流惯性力与粘滞力的对比关系，
即Revd/v。
在水力学中主要用它来判别液流的型态是层流还是紊流。
佛汝德数
Fr的物理意义：
它表征
液流惯性力与重力两种作用力的对比关系。
其能量意义是表示过水断面单位重量液体平均动
v2
Fr
22g
能与平均势能之比的二倍开平方，
即
h。
在水力学中主要用它判别水流的流态是
缓流、临界流或急流。
2、答：
压力管道中，由于管中流速突然变化，引起管中压强急剧增高（或降低）
，从而使管
道断面上发生压强交替升降的现象，称为水击。
工程上常常采取以下措施来减小水击压强：
（一）延长阀门（或导叶）的启闭时间T
（二）缩短压力水管的长度
（三）修建调压室
（四）减小压力管道中的水流流速v0
3、答：
（1）沿程水头损失实测装置
①设备
从水位恒定的水塔引出管道，与需要测量水头损失的新钢管相联，为了便于操作和计算，
该管水平放置，两端各开一个测压孔，测压孔直径d6.0mm左右的测压管，用橡皮管与
压差计相连接。
测压孔间距L视采用压差计类型和测量精度而定，做到读数准确，误差在5％以内。
在测压孔两端设A、B两个闸阀，控制流量与排气。
闸阀距测压孔距离应大于（6～10）
d，（d为新钢管直径），避免闸阀后旋涡水流对测压管测流的影响。
在管道出口采用重量法或体积法测量流量。
也可在管路上装流量计测量流量。
②工作原理
水塔水位恒定，当闸门开度一定时，管中通过的流量一定，测出流量。
管道直径保持不变，
9
经过管道的水流为有压均匀流，水力坡度与测压管坡度相等，由压差计测出压差经简单换算即得长度为L的管道的沿程水头损失，即
hf
p1p2
z1z2
1v12
v22
p1p2
2g
（2）沿程阻力系数在紊流光滑区的变化规律
大量实验证明，在紊流光滑区，沿程阻力系数
只与雷诺数Re有关，与绝对粗糙度
无关。
五、计算题（共
65分）
1.（10分）
解：
过水断面面积
Abh0.150.065
0.00975m2
湿周
b
2h0
0.15
2
0.065
0.28m
R
A
0.00975
0.0348m
0.28
水力半径
A
2
1
0.00975
2
1
n
3i
0.03483
0.022
0.0085
R
2
0.0173
Q
2、（10分）
解：
hc
e
0.62
1
0.62m
由能量方程得
H
hc
vc
2
vc
2
2g
2g
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