水力学复习题
水力学复习题 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
目 录
复习题一
一、填空题（每小题2分，共10分）
1、一般情况下，给水管道中的流速不大于 ，不小于 。
2、能量方程中g v 22
α项的能量含义为： 。
3、圆管半径m r 1=，满管流动时的水力半径R 为 米；如果正常水深m h 20=，则水力半径R 为 米。
4、从流体内部结构来看，流体的运动形态可以分成 流与 流。
5、只有途泄流量管道的水头损失是相同流量的管道的水头损失的 。 二、判断题（每小题2分，共10分）
1、15℃时水的[动力]粘度小于20℃时水的[动力]粘度。（ ）
2、恒定流时的流线与迹线二者重合。 （ ）
3、有压管道的测压管水头线只能沿程降低 （ ）
4、工业管道的沿程摩阻系数λ在紊流粗糙区随e R 增加而增加( )
5、均匀流的同一过水断面上，各点流速相等。 （ ）
三、名词解释（每小题3分，共15分）
1、粘滞性
2、流线
3、阻力平方区
4、当量粗糙度
5、断面比能
四、简答题（每小题5分，共10分）
1、水力学对液体做了哪些物理模型化假设请写出相应内容。
2、 均匀流水力特性如何 五、作图题（共15分）
1、作出标有字母的平面压强分布图并注明各点相对压强的大小（3分）
2、作出下面的曲面上压力体图并标明垂直方向分力的方向（4分）
3、请作出明渠恒定流的水面曲线 （4分）
4、请定性作出下图总水头线与测压管水头线（两段均为缓坡）（4分） 六、计算与证明题（8分 + 8分+6分+10分+8分，共40分）
1、水平放置的压力管，渐变段起点的相对压强a kp p 4001=进口管径流量s m Q /8.13
=，
m D 50.1=，出口管径m d 1=，不计水头损失，求镇墩所受的轴向推力为多少。
2、 水自水池A 沿水平放置的铸铁管流入水池C 若水管m d 2.0=,m l 301=，m l 502=，
m H 40=,m H 12=,设沿程阻力系数03.0=λ，求在水池B 中的水深1H
3、如右图所示的梯形断面明渠，底宽m b 10=，边坡系数5.1=m ，水深m h 5=，流量
s m Q /3003=求流体的弗劳德数r F 及渠中流态。
4、由水箱向管路输水，已知供水量 Q =2.25L/S ，输水管段的直径和长度分别为 d 1=70mm,l 1=25m;d 2=40mm,l 2=15m. 沿程阻力系数λ1=, λ2=,阀门的局部阻力系数 ξ = 。试求 :
(1) 管路系统的总水头损失
(2) 若管路末端所需的自由水头 H 2=8m,求水箱液面至管路出口的高差 H 1 5、已知流场y x t u x 222++=，z y t u y +-=，z x t u z -+=，试求： （1）流场中点A （2，2，1）在2=t 时的加速度
（2）是恒定流吗（3）是均匀流吗
参考答案
一、填空题（每小题2分，共10分） 2、一般情况下，给水管道中的流速不大于～3.0m/s ，不小于 0.25m/s 。
2、能量方程中g v 22
α项的能量含义为：单位重量液体所具有的流速动能。
3、圆管半径m r 1=，满管流动时的水力半径R 为 0.5 米；如果正常水深m h 20=，
则水力半径R 为 0.5 米
4、从流体内部结构来看，流体的运动形态可以分成 层 流与 紊 流。
5、只有途泄流量管道的水头损失是相同流量的管道的水头损失的 31
二、判断题（每小题2分，共10分） 1、15℃时水的[动力]粘度小于20℃时水的[动力]粘度。 （ ）
2、恒定流时的流线与迹线二者重合。 （ √ ）
3、有压管道的测压管水头线只能沿程降低 （ ）
4、工业管道的沿程摩阻系数λ在紊流粗糙区随e R 增加而增加 ( )
5、均匀流的同一过水断面上，各点流速相等。 （ ）
三、名词解释（每小题3分，共15分） 1、粘滞性：
当流体处于运动状态时，如果流体质点之间存在相对运动，则质点之间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，流体的这种性质称为粘性或者粘滞性。 2、流线：
流线是表示某一瞬时流动方向的曲线，该曲线上所有各点的流速矢量均与曲线相切。
3、阻力平方区：
在土木、水利等实际工程中的水流一般处于紊流粗糙区，该区2
v h f ∝，所以又名
阻力平方区。 4、当量粗糙度：
将工业管道和人工管道在同样试验条件下进行沿程水头损失试验，把具有同一沿程阻力系数 值的人工砂粒粗糙度作为工业管道的当量粗糙度。
5、断面比能：
将每一个过流断面的参考基准面选在渠底最低点所在的水平面这一特殊位置，此时断面上单位重量液体所具有的总能量就是断面比能。
四、简答题（每小题5分，共10分）
1、水力学对液体做了哪些物理模型化假设请写出相应内容。
要点：
（1）流体的连续介质模型假设
流体力学把流体质点作为最基本的研究单位，从而摆脱了由于分子间隙与分子的随机运动所导致的物理量不连续的问题（分子之间有间隙，但质点团之间没有间隙）。采用连续介质模型，既可以摆脱分子运动的复杂性，也可以满足工程的实际要求。这样，我们在研究流体的宏观运动时，可以将之视为均匀的连续介质，其物理量是空间和时间的连续函数，可以应用连续函数的方法分析流体的平衡与运动规律。（2）理想流体假设
绝对不可以压缩，不能膨胀，没有粘性的连续介质。这样先抛开粘性分析理想液体，应用到实际液体时再进行修正。它是一种对流体物理性质的简化的力学模型。
2、均匀流水力特性如何
要点：
（1）过流断面为平面，且断面形状、尺寸沿流程不变；
（2）流线为平行直线，同一流线上各点流速相等，从而各断面流速分布相同，各断面平均流速相等，动能修正系数及动量修正系数对应相等；
（3）动水压强规律与静压强分布规律相同。
五、作图题（共15分）
1、作出标有字母的平面压强分布图
2、作出下面的曲面上压力体图并
并注明各点相对压强的大小（3分）标明垂直方向分力的方向（4分）
3、请作出明渠恒定流的水面曲线（两段均为缓坡）（4分）
4、请定性作出下图总水头线与测压管水头线（4分）
六、计算题 (共40分)
1、 解： 渐变进口段：
2
2
177.14m D A ==π ， s m A Q V /02.111==，
m g
v 05.022
11=α，
m p
g v 65.3022
11=+γ
α，
KN A p 53111=
（2分）
渐变出口段：
222785.04m d A ==π，s
m A Q V /30.222==，m g v 27.022
2
2=α （2
分）
由能量方程：
γαγα2
2
22121122p g v p g v +=+ 得 A KP p 7.2972= （2分）
由动量方程： )(11222211V V Q R A p A p ββρ-=+- 解得
KN R 295=
（2分）
2、解: A 到C 池:
由方程
g v d L H H 2)
(2
20ξλ∑+∑=- （2分）
解得 m g v 223.022
=, 式中 3=∑ξ，m L 80=∑
（2分）
A 到
B 池:
由方程
g v d L H H 2)
(2
110ξλ∑+=-，式中5.1=∑ξ，m L 30=， （2分）
解得 m H 8.21=,
（2分）
3、 解： A =（b+mh ）h = (10 + ×5)×5 = 87.5 m 2 （2分）
v = A Q
= 3.43 m/s
Fr 2
= gh V 2 = （2分）
Fr = ＜
水流流动状态为缓流。 （2分）
4、解：（1）计算管路系统的总水头损失
s m d Q v /58.04211==
π， s m d Q
v /79.142
22==π，
（2分）
突然缩小处的
3367.0)1(5.01
2
=-
=A A ξ
（2分）
m
h h h h h h j j j f f w 02.2...32121==++++=
（2分）
（2）计算水箱液面高度
m
g V h H H w 18.1022
2221=++=α
（4分） 5、解：
（1）
2/28224620)(2)222(22s m z y x t z y t y x t z u
u y u u x u u t u a x z x y x x x x =++++=++-++++=??+??+??+??=
（2分）
同理，2/3s m a y =，2
/8s m a z =
（2分）
（2）非恒定流 （2分）
（3）非均匀流 （2分） 复习题二
一、是非题（正确的划“√”，错误的划“╳”）
（本大题分17小题，每小题1分，共17分）
1、水力学是研究液体机械运动和分子运动规律的学科。 （ ）
2、紊流可以是均匀流，也可以是非均匀流。 （ ）
3、谢才系数C 的单位是m 。 （ ）
4、均匀流中只考虑沿程水头损失；渐变流中只考虑局部水头损失。（ ）
5、公式g
v d l h f 22
λ=既适用于层流，也适用于紊流。 （ ）
6、当H=2m ，δ=30m ，如图所示的建筑物为宽顶堰。 （ ）
7、对于实用堰与宽顶堰，只要下游水位不超过堰顶时，就一定是自由出流。
（ ）
8、渗流模型流速与真实渗流流速数值相等。 （ ） 9、渗流压强与基准面的选择有关。 （ ） 10、液体流层之间的内摩擦力与液体所承受的压力有关。 （ ）
11、在管道水力计算中，所谓“长管”就是说管很长，所谓“短管”就是管道很短。 （ ）
12、并联长管道各管段的流量一定不相等。 （ ） 13、当管道长度L 大于10倍作用水头H 时，称为“长管”。 （ ） 14、长直棱柱形正坡（i ＞0）明渠中，作恒定流的水流，一定是均匀流。
（ ）
15、小流量时三角形薄壁堰比矩形薄壁堰流量的精度高些。 （ ） 16、不可压缩液体连续方程既适用于恒定流，也适用于非恒定流。（ ） 17、沿任意封闭曲线的速度环量为零的流速场为无涡流（无旋流）。（ ） 二、单项选择题（填写唯一正确答案的编号） （本大题分8小题，每小题2分，共16分）
1、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p a 和p b 。若两容器内水深相等，则p a 和p b 的关系为 （ ） （1）p a ＞ p b （2）p a ＜ p b
（3）p a = p b （4）无法确定 2、静水压力的方向 （ ）
（1）与受力面平行 （2）与受力面斜交
（3）与受力面外法线方向一致 （4）与受力面内法线方向一致 3、层流断面流速分布规律符合 （ ） （1）对数分布 （2）直线分布 （3）抛物线分布 （4）椭圆分布
4、平底棱柱形明渠的水跃函数θ（h ′）与θ（h ″）的关系是 （ ） （1）θ（h ′）=θ（h ″） （2）θ（h ′）＞θ（h ″） （3）θ（h ′）＜θ（h ″） （4）无法确定
5、缓坡上发生均匀流必定是 （ ） （1）缓流 （2）缓变流 （3）急流 （4）临界流
6、有一薄壁圆形孔口。已知孔口直径d=10cm ，则属于小孔口出流的相应水 头为 （ ）
（1）0.5m （2）0.7m （3）0.9m （4）1.2m 7、宽顶堰流量系数m 的最大值为 （ ） （1） （2） （3） （4） 8、流函数 （ ）
（1）在等势面上为常量 （2）只有无旋流动中才存在
（3）沿流线为常量（4）表达了速度与压强的关系
三、填空题（在空格中填写正确答案）
（本大题分4小题，每空1分，共8分）
1、液体不能保持固定的形状，但能保持固定的。
2、液体的单位质量力是，其单位为。其量纲为。
3、液体微团运动的基本形式可分为三种，即。与刚体运动相比，不同之处在于刚体不存在。
4、渗流系数k的量纲是，它与有关。
四、作图题（在题图上绘出正确答案）
（本大题分4小题，每小题6分，共24分）
1、绘出图中二向曲面AB的水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图，标出数值及方向。
水平3分
2、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）
3、定性绘出图示短管道的总水头线和测压管水头线，并标明符号。
4、定性绘出渐变渗流中两个过水断面1-1和2-2上的流速分布。
五、根据题目要求解答下列各题
（本大题共4小题，总计35分）
1、（本小题5分）
写出图示不透水层上均质土坝渗流区各边界的边界条件。
2、（本小题10分）
图示为水箱下接一铅垂管道，直径d1=10cm，出口断面缩小至直径d2=5cm。水流流入大气中。已知h1=3m，h2=2m，h3=3m。若不计水头损失，求出口流速及E点的压强。（取动能校正系数=1）
（答案：p E=m2）
3、（本小题10分）
有一溢流坝，流量系数m=。当通过单宽流量q=15m3／时，下游矩形断面河槽中的水深h t=，坝下游收缩断面水深h c0=。（1）求坝顶总水头H。（2）坝下游是否发生水跃
（3）判别坝下是何种水跃。
4、（本小题10分）
有一水平放置的管道（如图）。管径d1=10cm，d2=5cm。管中流量q v=10L/s。断面1处测管高度h=2m。不计管道收缩段的水头损失。取动能校正系数均为1。
求水流作用于收缩段管壁上的力。（10分）
参考答案
一、判断题
1、( ╳ )
2、( √ )
3、( ╳ )
4、( ╳ )
5、( √ )
6、( ╳ )
7、( ╳ )
8、( ╳ )
9、( ╳ ) 10、( ╳ ) 11、( ╳ ) 12、( ╳ ) 13、( ╳ ) 14、( ╳ ) 15、( √ ) 16、
( √ ) 17、( √ )
二、单项选择题
1、(（1） )
2、(（4） )
3、(（3）)
4、(（1） )
5、(（1） )
6、(（4） )
7、(（2）)
8、(（3） )
三、填空题
1、体积
2、作用在单位质量液体上的质量力 m/s2 L/T2
3、平移、变形、转动变形运动
4、 L/T 液体及土壤的物理性质
四、作图题
1、
水平3分
2、
3、 4、
五、根据题目要求解答下列各题 1、
解
① 不透水边界：NE.必定是一条流线，ψ=常数 0=??n
ψ
② 透水边界NA 为等势线 φ=常数
0=??n
?
③ 浸润线边界 AC 为一条流线 ψ=常数 0=??n
ψ
④ 逸出边界CD 既不是流线，也不是等势线 2. 解：对1-1 及C-C 断面写能量方程
h 1+h 2+h 3=
g c c 22
να
(3分)
v c =82?g =125 m/s q v =A c v c =0.0246 m 3/s v E =
2
4E
v
d q π=3.13m/s (3分) 对E-E 及C-C 断面列能量方程 (3分) （1分）
3. 解：1.由23
2o H g m q =得 （3分） 2.临界水深 m g q h c 84.28
.915132
32
=?==α
因为 t c c h h h <<0 ∴下游发生水跃
（3分） 3. m gh q h h c c c 89.6186.08.91581286.01812
222020
02
=???
? ??-??+=???? ??-+=
t c h h >02 故发生远驱式水跃，需做消能工
(4分)
4．解： 列1-1及2-2断面能量方程 （2分）
其中 s m d q v v /27.144211==
s m d q v v
/1.542
2
2==π 解得 m g
p 755.02
=ρ 22/4.7755.0m KN g p =?=ρ （3分） 列X 方向动量方程 解得 N R x 31.101=
水流作用于收缩管壁上的力
（4分）