水力学模拟题及答案Word下载.docx

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3.水击类型有：

，两类。

4.泄水建筑物下游衔接与消能措施主要有，，三种。

5.构成液体对所绕物体的阻力的两部分是：

，。

6.从理论上看，探索液体运动基本规律的两种不同的途径是：

7.在明渠恒定渐变流的能量方程式：

J=JW+JV+Jf中，JV的物理意义是：

。

8.在水力学中，拉普拉斯方程解法最常用的有：

，，复变函数法，数值解法等。

9.加大下游水深的工程措施主要有：

，使下游形成消能池；

，使坎前形成消能池。

三计算题

1（15分）.已知液体作平面流动的流场为：

ux=y2–x2+2x

uy=2xy–2y

试问：

①此流动是否存在流函数ψ，如存在，试求之；

②此流动是否存在速度势φ，如存在，试求之。

2（15分）.某分洪闸，底坎为曲线型低堰．泄洪单宽流量q=11m2/s,上下游堰高相等为2米，下游水深ht=3米，堰前较远处液面到堰顶的高度为5米，若取ø

=0.903，试判断水跃形式，并建议下游衔接的形式。

（E0=hc+q2/2gø

2hc2）

3（15分）.设某河槽剖面地层情况如图示，左岸透水层中有地下水渗入河槽，河槽水深1.0米，在距离河道1000米处的地下水深度为2.5米，当此河槽下游修建水库后，此河槽水位抬高了4米，若离左岸1000米处的地下水位不变，试问在修建水库后单位长度上渗入流量减少多少?

其中k=0.002cm/s；

s.i=h2-h1+2.3h0lg[（h2-h0）/（h1-h0）]

4（15分）.在不可压缩流场中流函数ψ=kx2-ay2，式中k为常数。

试证明流线与等势线相互垂直。

Ⅰ解题指导

孔流和堰流都是局部流段内流线急剧弯曲的急变流，其水力计算的共同特点是能量损失以局部损失为主，沿程损失可以忽略。

由于边界条件、水流条件的差异，其水力计算公式及式中各系数的确定方法各不相同。

它们反映了孔流和堰流流态下，水流条件和边界条件对建筑物过水能力的影响。

解题时，首先要分析水流特征、弄清边界条件并判别流态及出流方式，然后根据问题的类型采用相应公式求解。

现将各种流态及淹没界限的判别标准、问题类型等归纳于表8-1，

表8-1孔流、堰流流态判别及问题类型

水流流态

判别标准

淹没出流判别方法

问题类型

薄壁小孔口出流

在液面下出流

已知（或Z），求；

已知，求H（或Z）；

已知（或Z），求d；

已知。

H（或Z），求

管嘴出流

H＜9.0m

已知（或Z），求；

已知（或Z），，求d；

闸孔出流

底坎为平顶堰

＜

说明：

已知条件中带括号者与待求量有关，计算中往往先假定该值，用试算法求解

底孔为曲线型堰

＞0

（一般为自由出流情况）

矩形薄壁堰和无坎宽顶堰公式形成与式（8-7）略有不同；

直角三角形薄壁堰常用Q=1.4H2.5[适用于P≥2H，B≥（3～4）H]；

梯形薄壁堰常用Q=1.86bH1.5[适用于]。

堰流

＞0.65

薄壁堰

＜0.67

对矩形、梯形有

hs＞0

＜0.7

实用堰

＜＜2.5

不同剖面形状，判别界限不同，可查有关册

克-奥hs＞0

剖面＜（）k

底坎为曲线型堰

＞0.75

宽顶堰

＜＜10

＞0.8

应该指出的是，由于本章各种系数计算的经验公式较多，在进行水力计算时应特主意其适用条件是否相符，以免出错。

Ⅱ典型例题

[例8-1]甲、乙两水箱如例8-1图。

甲箱侧壁开有一直径为100mm的圆孔与乙箱相通。

甲箱底部为1.8×

1.8m的正方形，水深H1为2.5m。

孔口中心距箱壁的最近距离h为0.5m。

当为恒定流时，问：

①乙箱无水时，孔口的泄流量为多少？

②乙箱水深H2=0.8m时，孔口泄流量为多少？

③在甲箱外侧装一与孔口等径的35cm长圆柱形短管时，泄流量又为多少？

若管长为10cm，流量有何变化？

当为管嘴出流时，管嘴内真空高度为若干？

解：

（1）求乙箱无水时孔口的泄流量。

孔口的

作用水头为

＜0.1

乙箱无水，故为薄壁恒定小孔口自由出流。

孔口边缘距最近的边界距离h=0.5m，故h＞3d=3

×

0.1=0.3m，为完全完善收缩，取，则

因

故可忽略行近流速水头，即H0≈H，得

（2）求当H2=0.8m时孔口的泄流量。

因此时为淹没出流，且Z=H1－H2=2.5-0.8=1.7m。

孔口位置、直径、边缘情况均未变，则不变，故

（3）求甲箱外侧短管长的泄流量及管嘴出流时的管内真宽度。

当时，其长度在（3～4）d=30～40cm之间，为管嘴出流，而于是自由出流时

淹没出流时

当时，，故仍为孔口出流，泄流量与以上问题

（1）、

（2）中的结果完全相同。

以箱底为基准面，列1-1、c-c断面的能量方程，得

令整理上式得

①

而

所以②

以②代①，有

将，代入上式，即得真空高度

显然，管嘴内形成一定的真空高度，增大了作用水头。

故管嘴出流较孔口出流的流量大。

[例8-2]如例8-2图所示的密闭水箱，已知H1=2.5m，h=0.3m，侧壁有孔径d=20mm的圆形薄壁孔口，流量系数。

求：

①泄流开始时的泄流量；

②当箱内水深降至H1=1.3m时，欲保持泄流量不变，P0应为多少米水柱高？

（1）求泄流开始时的泄流量。

由题意知，水流为薄壁孔口自由出流

＜0.1，为小孔口。

选取过孔口中心的水平面为基准面，对1-1、c-c

断面列能量方程

取。

因

（2）在孔口尺寸及流量系数一定时，欲使Q不变，其作用水头应不变，由上可知

即得

由本例可见，当箱内液面压强不为大气压时，其作用水头将发生变化。

此时不能套用孔口（或管嘴）出流的计算公式，而应直接根据能量方程式推求其计算式。

[例8-3]某泄洪闸底坎为直角进口的平顶堰，如例8-3图。

P=1.0m，孔宽b=8.0m，共3孔，闸墩头部半圆形，边墩圆弧形，平板闸门控制，下游尾水渠为矩形断面。

试求：

①3孔闸门开度均为2m时的泄流量；

②若保持泄流量不变时，闸门的开度为多少？

③流量和其它和其它条件不变，但为堰流时，其堰顶水头应为若干？

解

（1）因＜0.65，故为闸孔出流。

又因为，查表得得

由于闸底板高于渠底且为平顶堰，查表取。

又由于堰前水头较大、开启度较小，为简化计算，不计行近流速水头，即取H0≈H，则有

＞，故为闸孔出流。

由底坎及闸门形式，并注意到＜＜0.65，采用相应的经验公式求流量系数，有

得

（2）当时其闸门开度e,由式（8-5）即得

因式中与e有关，故应试算求解。

设e=2.9m

＜0.65

为闸孔出流，由，查表得。

查得则有

＜为淹没出流。

由，查图可得，且

即得

故满足上述流量要求时所需的闸门开度。

（3）当流为堰流且流量仍为379.00m3/s时，相应的堰顶水头H，采用试算法求解如下：

设，在2.5～10之间，属宽顶堰流。

其流量系数

因堰前过水断面不大，应计入行近流速的影响，可应用“”逐次逼近法“计算。

第一次逼近：

假定

＞0.8为淹没出流，由。

边墩的形状可查得，由闸墩的形状及可查得，由式（8-8）得侧收缩系数故

第二次逼近：

由已求得的流量计算的近似值

因＞0.8

故

第三次逼近：

＞0.8

为淹没出流，查得

第四次逼近：

因Q4与Q3相当接近，故可认为当且该流量与已稳中有降流量相差甚小（）。

故所求堰顶水头H=5.15m。

显然，若所设H不能满足已知流量的要求时，则应重设H，依以上步骤继续试算，直到满意为止。

上例表明，在H=5.15m时，不计影响，而计入影响时，可见此时行近流速对流量的影响较大。

因此，在水力计算中，没有足够的理由，不应随便忽略行近流速的影响，以免造成较大的误差。

[例8-4]某进水闸底坎为圆角进口，，共3孔，单孔净宽为8.0m，闸墩头部半圆形，边墩圆弧形。

闸前后渠道均为矩形断面，渠宽28.0m，其它条件见例8-4图。

①闸门全开，下泄流量为290.0m3/s时，闸前渠道内的水深为多少？

②若下游水位库157.40m，上游渠道内水深不变，则流量有何变化？

（1）因下游水位低于闸底坎，即＜0，且闸孔全开，故水流为堰流并为自由出流。

因水头未知，不能判别堰型，暂按宽顶堰计算，待求出H后复核堰型是否与假定相符。

由式（8-7）得、m均与H有关，故尖用试算法求解如下：

先假定

由试算求H0=3.99m时的H值。

设H1=3.85m

＜3.99m

另设H2=3.90m得

故得H=3.90m。

复核值：

因＞0.2，故流量系数可按

即＞=0.36。

查得

即＜=0.95。

将以上求得的m2、代入基本公式重算H02，得

令H2=3.86m，得

故得H2=3.86m。

复核m，值：

故H=3.86m为所求堰顶水头。

因，在2.5～10之间，为宽顶堰，与假定相符。

即求得闸前水深

（2）当下游水位为157.40m时，闸底坎淹没，因上游渠内水深不变，则H=3.86m。

由以上计算，暂按H0=3.95m考虑，有＞0.8为淹没出流。

据查表得，因淹没影响，应重算：

复核总水头

按H0=3.94m重算流量Q，得

再逼近一次：

=269.62m3/s

以上两次计算所得流量很接近，故可认为淹没出流时的流量为269.62m3/s。

显然，此时较自由出流时流量减小了290.00-269.62=20.38m3/s。

[例8-5]某单孔引水闸如例8-5图，闸室后接—＞的陡坡渠道。

上游为八字形翼墙，收缩角θ=45°

，计算厚度a=1m。

闸前河道断面近似矩形，水深h=5.05m，闸门全开，忽略上游行近流速。

①当坎高P=1.8m，流量时的闸孔净宽；

②若保持孔宽不变，但坎高P=0时的过堰流量。

（1）求闸孔净宽。

因下游接一陡坡渠道，下游为急流，故过闸水流为宽顶堰自由出流，当P