水力学典型复习题及答案详解.docx

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水力学典型复习题及答案详解

水力学练习题及参考答案

一、是非题（正确的划“√”，错误的划“×）

1、理想液体就是不考虑粘滞性的实际不存在的理想化的液体。

（√）

2、图中矩形面板所受静水总压力的作用点与受压面的形心点O重合。

（×）

3、园管中层流的雷诺数必然大于3000。

　　（×）

4、明槽水流的急流和缓流是用Fr判别的，当Fr＞1为急流。

（√）

5、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。

（×）

6、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。

（×）

6、达西定律适用于所有的渗流。

（×）

7、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。

（√）

8、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。

（√）

9、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。

（√）

10、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。

（×）

11、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。

（√）

12、陡坡上出现均匀流必为急流，缓坡上出现均匀流必为缓流。

（√）

13、在作用水头相同的条件下，孔口的流量系数比等直径的管嘴流量系数大。

（×）

14、两条明渠的断面形状、尺寸、糙率和通过的流量完全相等，但底坡不同，因此它们的正常水深不等。

（√）

15、直立平板静水总压力的作用点与平板的形心不重合。

（√）

16、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。

（×）

17、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。

（√）

18、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。

（×）

19、静止液体中同一点各方向的静水压强数值相等。

（√）

20、明渠过流断面上各点的流速都是相等的。

（×）

21、缓坡上可以出现均匀的急流。

（√）

22、静止水体中,某点的真空压强为50kPa，则该点相对压强为-50kPa。

（√）

24、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。

（√）

25、水深相同的静止水面一定是等压面。

（√）

26、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。

（×）

27、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。

（√）

28、陡坡上可以出现均匀的缓流。

（×）

29、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。

（√）

30、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。

（×）

31、缓坡上只能出现非均匀流缓流。

（×）

32、静水压强的大小与受压面的方位无关。

（√）

33、水泵的扬程就是指水泵的提水高度。

（×）

34、恒定总流能量方程只适用于整个水流都是渐变流的情况。

（×）

35、平坡渠道中不可能发生均匀流。

（√）

36、当明渠均匀流水深大于临界水深，该水流一定是急流。

（√）

37、水跃只能发生于平底明渠中。

（×）

二、单项选择题（填写唯一正确答案的编号）

1、作用水头相同时，孔口的过流量要比相同直径的管咀过流量

（2）

（1）大;

（2）小；（3）相同；（4）无法确定。

2、根据静水压强的特性，静止液体中同一点各方向的压强

（1）

（1）数值相等;

（2）数值不等;（3）仅水平方向数值相等;（4）铅直方向数值最大。

3、已知水流的沿程水力摩擦系数只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于（4）

（1）层流区；

（2）紊流光滑区；

（3）紊流过渡粗糙区；（4）紊流粗糙区。

4、液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为

（2）

（1）1kN/m2

（2）2kN/m2

（3）5kN/m2（4）10kN/m2

5、紊流的断面流速分布规律符合

（1）

（1）对数分布；

（2）直线分布；（3）抛物线分布；（4）椭圆分布。

6、长管的总水头线与测压管水头线

（1）

（1）相重合；

（2）相平行，呈直线；

（3）相平行，呈阶梯状；（4）以上答案都不对。

7、渗流的达西公式只能适用于

（1）

（1）恒定均匀层流

（2）恒定均匀紊流（3）恒定均匀流；（4）非恒定流。

8、液流的沿程水力摩擦系数与边壁粗糙度和雷诺数都有关，即可判断该液流属（3）

（1）层流区；

（2）紊流光滑区；

（3）紊流过渡粗糙区；（4）紊流粗糙区。

9、堰流的流量与堰顶水头的

（2）成正比。

（1）1/2次；

（2）3/2次方；（3）2次方；（4）1次方。

10、溢流坝下泄水流收缩断面水深hc0的跃后水深为hc02，形成远离水跃衔接的条件是（3）

（1）ht=hc02

（2）ht>hc02（3）ht

11、按重力相似准则设计模型，若几何比尺为100，则流速比尺为

（2）

（1）100；

（2）10；（3）20；（4）50。

12、液体中某点的绝对压强为108kN/m2，则该点的相对压强为（4）

（1）1kN/m2

（2）2kN/m2（3）8kN/m2（4）10kN/m2

13、静止液体中同一点沿各方向上的压强

（1）

（1）数值相等;

（2）数值不等;（3）仅水平方向数值相等。

14、矩形断面明渠水力最佳断面的宽深比β等于

（2）

（1）1；

（2）2；（3）3；（4）4。

15、水泵的扬程是指

（2）

（1）水泵提水高度；

（2）水泵提水高度+吸水管的水头损失；

（3）水泵提水高度+吸水管与压水管的水头损失。

16、紊流粗糙区的水头损失与流速成

（2）

（1）一次方关系；

（2）二次方关系；（3）1.75～2.0次方关系。

17、在平衡液体中，质量力与等压面（3）

（1）重合；

（2）平行；（3）正交。

18、雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲数（3）

（1）急流和缓流；

（2）均匀流和非均匀流；

（3）层流和紊流；（4）恒定流和非恒定流。

19、闸孔出流的流量与闸前水头（3）成正比

（1）1次方；

（2）2次方；（3）0.5次方。

20、共轭水深是指

（1）

（1）水跃的跃前水深与跃后水深

（2）溢流坝下游水流收缩断面水深

（3）均匀流水深（4）临界水深

21、图示容器中有两种液体，密度r2>r1，则A、B两测压管中的液面必为

（2）

（1）B管高于A管；

（2）A管高于B管；（3）AB两管同高。

22、紊流的断面流速分布规律符合

（1）

（1）对数分布；

（2）椭圆分布；

（3）抛物线分布；（4）直线分布。

23平底棱柱形明渠发生水跃，其水跃函数J（h1）与J（h2）的关系是

（1）

（1）J（h1）=J（h2）

（2）J（h1）>J（h2）（3）J（h1）

24、盛水容器a和b的测压管水面位置如图（a）、（b）所示，其底部压强分别为pa和pb。

若两容器内水深相等，则pa和pb的关系为

（1）

（1）pa>pb

（2）pa

25、层流断面流速分布规律符合（3）

（1）对数分布；

（2）直线分布；

（3）抛物线分布；（4）椭圆分布。

26、佛汝德数Fr是判别下列哪种流态的重要的无量纲数

（1）

（1）急流和缓流；

（2）均匀流和非均匀流；

（3）层流和紊流；（4）恒定流和非恒定流。

27、紊流中粘滞底层厚度d比绝对粗糙高度D大得多的壁面称为

（1）

（1）光滑面

（2）过渡粗糙面（3）粗糙面（4）以上答案均不对

三、填空题（在空格中填写正确答案）

1、水力模型的重力相似准则是模型与原型的佛汝德数相同。

2、明渠的断面和流量不变时，水跃的跃前水深越大，则跃后水深越小。

3、底流式消能工的主要形式有降低护坦、修建消能坎、综合式消能池3种形式。

4．测量明槽流量的主要工具有_堰__、__量水槽_。

5、根据管道计算方法的不同，管道可分类为长管和短管。

6、渗流的达西公式是____v=kJ__。

7、测量管道流量的主要仪器有文丘里流量计、涡轮流量计。

8、计算明渠均匀流的公式是

。

9、根据管道中水击波传播时间与阀门关闭时间的对比关系，水击可分类为

（1）直接水击和

（2）间接水击。

10、底流式消力池中产生的水跃，要求是__微淹没___形式的水跃消能率高且稳定。

11、按重力相似准则设计的模型中，几何比尺为64，则流速比尺为8。

12、牛顿内摩擦定律适用条件是牛顿流体，层流运动

13、理想液体与实际液体的主要区别是___是否存在液体的拈滞性____________

14、实际液体在流动时产生水头损失的内因是液体的粘滞性，外因是边界条件的影响。

15、水跃是水流从_急_流过渡到缓流的局部水力现象；当流量一定，跃前水深增大时，则跃后水深是减小。

16、三种液体盛有容器中，如图所示的四条水平面，其中为等压面的是B—B

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？

解：

可压缩性是：

当外界的压强发生变化时液体的体积也随之发生改变的特性。

液体可压缩性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．有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？

为什么？

解：

这种说法是错误的，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。

两者判别标准不同。

3．什么是相对压强和绝对压强？

4。

写出水力半径R的表达式。

5、请分别叙说明渠均匀流水深和临界水深的含义和区别。

6、明渠的底坡可以分为哪些类型？

7、如何用临界水深hk与渠道内的水深h来判别明渠水流的流态？

8、根据边界条件的不同，水头损失可以分为哪两类？

9、试叙述判断明渠水流流态有哪些方法。

10明渠均匀流产生的条件是什么？

五、作图题（在题图上绘出正确答案）

1.定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。

（各渠段均充分长，各段糙率相同）（5分）

2、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。

3、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。

（各渠段均充分长，各段糙率相同,末端有一跌坎）（5分）

4、定性绘出图示曲面AＢＣ上水平方向的分力

和铅垂方向压力体。

　（5分）

5、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线向。

6、绘出图中的受压曲面AB上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。

六、根据题目要求解答下列各题

1、图示圆弧形闸门AB（1/4圆）,A点以上的水深H＝1.2m，闸门宽B=4m，圆弧形闸门半径R=1m，水面均为大气压强。

确定圆弧形闸门AB上作用的静水总压力及作用方向。

解：

水平分力Px=pc×Ax=74.48kN

铅垂分力Py=γ×V=85.65kN,

静水总压力P2=Px2+Py2,

P=113.50kN,

tana=Py/Px=1.15∴　　a=49°

合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。

2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d＝0.8m，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，沿程水头损失系数λ=0.024，上下游水位差H=3m。

若上下游流速水头忽略不计，求通过倒虹吸管的流量Q。

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

计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数

将参数代入上式计算，可以求解得到

即倒虹吸管内通过的流量为2.091m3/s。

3、某水平管路直径d1=7.5cm，末端连接一渐缩喷嘴通大气（如题图），喷嘴出口直径d2=2.0cm。

用压力表测得管路与喷嘴接头处的压强p=49kN/m2，管路内流速v1=0.706m/s。

求水流对喷嘴的水平作用力F（可取动量校正系数为1）　　　　

解：

列喷嘴进口断面1—1和喷嘴出口断面2—2的连续方程：

得喷嘴流量和出口流速为：

对于喷嘴建立x方向的动量方程

N

水流对喷嘴冲击力:

F与R,等值反向。

4、有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底宽b＝1.5m，槽长L＝120m。

进口处槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z2＝52.04m，当槽中均匀流水深h0=1.7m时，试求渡槽底坡i和通过的流量Q。

解：

i=（Z1-Z2）/L=0.001

m2

m

m

v=C（Ri）0.5＝1.46m/s

Q=vA=3.72m3/s。

5、有一矩形断面混凝土渡槽（n=0.014），底宽b＝1.5m,槽长L＝116.5m。

进口处槽底高程Z1=52.06m，当通过设计流量Q＝7.65m3/s时，槽中均匀流水深h0=1.7m，试求渡槽底坡和出口槽底高程Z2？

6、图示水箱一侧有一向上开口的短管，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的高度h=5m，短管的总水头损失是短管流速水头的0.2倍，取动能校正系数α=1。

求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。

7、求图中矩形面板所受静水总压力的大小及作用点位置，已知水深H=2m，板宽B＝3m。

8、图示一跨河倒虹吸管，正方形断面，边长b=0.8m，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，沿程水头损失系数λ=0.024，已知通过流量Q=2.662m3/s。

若上下游的行进流速水头忽略不计，求上下游水位差H。

9、有一水电站引水钢管，管道长度L=2000m，管中水流的流速v=2m/s，管道水击波波速C＝1172m/s。

由于管道末端阀门在2秒内完全关闭，产生水击。

试判断水击类型；并求管中水击压强水头ΔH。

10、测定90°弯管的局部水头损失系数的试验装置如

题图所示。

已知试验段AB长10m，管径d＝0.05m，弯

管曲率半径R＝d，管段沿程水力摩擦系数λ＝0.0264，实

测AB两端测压管水头差△h＝0.63cm，100秒钟流入量水箱的水体体积为0.028m3，试求弯管局部水头损失系数。

11、有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底宽b＝1.5m，槽长L＝120m。

进口处槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z2＝52.04m，当槽中均匀流水深h0=1.7m时，试求渡槽底坡i和通过的流量Q。

12、某溢流坝下收缩断面处水深hc=1.1m，已知单宽流量q＝14.72m2/s，当坝下游水深ht=4.7m时，1）求对应收缩断面处水深hc的跃后水深hc2

2）坝下游发生何种形式的水跃？

是否需要修建消能工？

解：

1）计算临界水深hk，判断收缩断面和下游水流流态，

m

因为收缩断面水深hc=1.1mhk为急流，下游水深ht=4.7mhk为缓流，

所以溢流坝下游必定发生水跃。

2）计算收缩断面处水深hc的共軛水深hc2

hc2＝

＝

＝5.81m

因为hc2>ht，该水跃为远驱水跃。

3）溢流坝下游发生远驱水跃，需要修建消力池。

13、矩形断面渠道中有一平板闸门，渠宽b＝3m。

闸前水深H＝4m，闸下收缩断面水深hc=0.8m，

已知渠道流量Q=18m3/s。

取动能和动量校正系数

均为1。

求水流作用于闸门上的作用力。

14、已知如图所示水平安装的文丘里流量计，

已测得压强

=0.5m，

=-0.2m，水管的横

断面积A1=0.002m2，A2=0.001m2,不计水头损失，求通过文丘里流量计的流量Q为多少？

15、管道直径d=10mm，通过流量Q=20cm3/s，运动粘度n=0.0101cm2/s。

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？

16、有一水电站引水钢管，管道长度L=2000m，管中水流的流速v=2m/s，管道水击波波速C＝1172m/s。

由于管道末端阀门在2秒内完全关闭，产生水击。

试判断水击类型；并求管中水击压强水头ΔH。

17、某矩形断面河道中建筑有一座WES堰型溢流坝，溢流堰宽b＝10m，在设计水头

Hd=2.50m时的流量系数为md=0.502，堰高P1=16m。

问：

（1）不考虑侧收缩和淹没影响，求通过堰型溢流的流量Q。

（2）若坝下收缩断面处水深hc=0.8m，当坝下游水深ht=3.5m时，坝下游是否发生水跃？

如发生水跃，属于何种形式的水跃？

是否需要修建消能工？

18、有一矩形断面渠道底宽b＝1.5m，底坡i＝0.0004，糙率n＝0.014，当槽中均匀流水深h0=1.7m时，试求通过的流量Q。

19、图示一水平放置的弯管，直径D=0.2m，转角α=90°，1－1断面管轴处的动水压强为p1=40kN/m2，2－2断面与大气连通，管中流量为Q＝0.1m3/s，求水流通过弯管时对管壁的作用力。

（取动能校正系数和动量修正系数均为1）

20、

A

求图中圆弧形闸门AB所受静水总压力的大小及方向。

已知水深H=4m，板宽B＝2m。

21、有一浆砌块石的矩形断面渠道，糙率n=0.025，宽b=6m，当Q=14.0m3/s时，渠中均匀水深h=2m，试判断渠道中的明渠水流流态。

22、某矩形断面渠道，通过的流量为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。

24、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：

下游有水时启门力T，

25、有一水平放置的管道（如图）。

管径d1=10cm，d2=5cm。

管中流量Qv=10L/s。

断面1处测管高度H=2m。

不计管道收缩段的水头损失。

取动能与动量校正系数均为1。

求水流作用于收缩段管壁上的力。

27、有一单孔水闸，平板闸门孔宽＝3.0m，闸门开度e=0.5m，闸前水深H＝6.0m，闸孔流量系数μ=0.556，闸底板与渠底齐平。

不计闸前行进流速水头，按自由出流求过闸流量Q。

30、有一虹吸管（如图）。

已知管径d=10cm，h1=1.5m，h2=3m，不计水头损失，取动能校正系数α＝1。

求断面c－c中心处的压强pc。

32、有一单孔水闸，平板闸门孔宽b＝3.0m，闸门开度e=0.5m，闸前水深H＝6.0m，闸孔流量系数μ=0.556，闸底板与渠底齐平。

不计闸前行进流速水头，按自由出流求过闸流量Q。

34、图示直径为20mm，长450m的管道自水库取水并泄入大气中，出口比水库水面低13m，已知沿程水头损失系数λ=0.04，进口局部水头损失系数ζ=0.5，求泄流量Q。

（按短管计算）

35、图示左边为一封闭容器，盛有密度1＝2＝1000kg/m3的水，深度h1=3m。

容器侧壁装有一测压管，H=0.5m。

右边为敞口盛水容器，水深h2=2.2m。

求中间隔板A、B、C三点的压强。

（10分）

36、已知如图所示的文丘里管，管路中通过流量Q=10l/s，d1=5cm，p1=78.4Pa，如果使

断面产生真空压强为6.37kPa，问d2应为多少？

（不计水头损失）（10分）