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
i1 i K 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 i2 K 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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