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2015年秋季 水力学 中期试题(带答案)

四川大学期中考试试题

(2015 ——2016 年第一学期)

课程号:课序号:课程名称:水力学任课教师:成绩:

2015年秋季  水力学  中期试题(带答案)

液流型态无关。 ( × ) 12、湍流中,紧靠固体边界表明有一层极薄的粘性底层存在,粘性底层内为层流。

( √ )

13、谢齐公式是基于明渠均匀流的实测资料,因此不能用于不同的流态或流区。

( × )

14、串联管道可以按长管计算,也可能按短管计算。 ( √ ) 15、明渠均匀流的过水断面应与底坡线相垂直,同时也与水面线相垂直。 ( √ )

二、选择题(本大题分10小题,每小题2分,共20分) 1、静止液体中同一点各方向的压强( A )。

A 数值相等

B 大小不等

C 水平方向分量数值相等

D 垂直方向分量数值相等

2、图示为两种液体盛于容器中,处于静止状态,且密度21ρρ>,则A 、B 两测压管中

的液面相对位置关系为( B )。

2015年秋季  水力学  中期试题(带答案)

A B 管高于A 管 B A 管高于B 管

C A 、B 两管同高

D 与A 、B 测压管管径有关

3、关于水流流向问题的正确说法为( D )。

A 水流一定从高处向低处流

B 水流一定从压强大处向压强小处流

C 水流一定从流速大处向流速小处流

D 水流一定从机械能大处向机械能小处流 4、下列各组物理量中,属于同一量纲的是( C )。

A 长度、宽度、动力粘度

B 速度、密度、运动粘度

C 水深、管径、测压管水头

D 密度、重量、加速度

5、从作用力角度分析,在下列渠道中能产生均匀流的渠道为( B )。

A 平坡渠道

B 正坡渠道

C 逆坡渠道

D 非棱柱形正坡渠道 6、矩形断面渠道最小断面比能min s

E 与相应的临界水深k h 之比min s k E h 的值为( B )。

A 2.0

B 3/2

C 2/3

D 1/3

7、矩形断面渠道中,水深为1.0m ,单宽流量为1m 3/(s ·m),则该水流为( A )。

A 缓流

B 急流

C 临界流

D 层流 8、谢齐系数C 与沿程阻力系数λ的关系,下列正确的为( C )。

A

8/g C λ= B 8g C λ=

C 28g C λ=

D 2

8/g C λ=

9、已知水流的沿程阻力系数λ与雷诺数Re 无关,可判断该水流属于( D )。

A 层流区

B 湍流光滑区

C 湍流过渡粗糙区

D 湍流粗糙区 10、公式v RJ =

不能用于( C )。

A 均匀流

B 急流

C 管流

D 明渠流

三、简答题(本大题共1小题,共18分)

1、图示A 、B 、C 为三条高程不同的坝身泄水管,其管径d ,长度L ,沿程阻力系数λ均相同,试问它们的泄流量是否相同,为什么?(6分)

2015年秋季  水力学  中期试题(带答案)

答:三条泄水管的泄流量相同。 (2 分) 三条泄水管都是淹没出流,根据简单管道的流量公式:

淹没出流:2A gH μ=Q ,因为A 、B 、C 三条泄水管的作用水头H 都是上下水位之差,且它们的管径d ,长度L ,沿程阻力系数λ均相同,因此流量系数μ和断面面积A 也相同,所以三条泄水管的泄流量==A B C Q Q Q 。 (4 分)

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1、如下图所示的容器,装有密度为ρ的水,半圆弧?

BAC的半径为R,绘出?BA上的水平压强分布图(给出A、B点的大小)及压力体。(6分)

A

B

O

C

R

h

2、定性绘出图示短管的总水头线和测压管水头线。(5分)

五、计算题(本大题共4小题,总计36分)

1、图示一贮水设备,在C点测得绝对压强p=29430 Pa,h=2m,R=0.5m。求半球曲面AB所受到液体的作用力。(球体积公式3

4

3

V R

π

=

)。(9分)

h

0.5h

p

A

B

R

C

解:质量力只有重力,等压面仍为水平面

将C 点的压强作用等效于高为H 的水柱,利用AB 的压力体即可求解。C 位于0.5h 处。

2015年秋季  水力学  中期试题(带答案)

等效水柱高度H=

29430

3m 10009.81

p g ρ==? 半球AB 的压力体如上图,所以压力圆柱半球F (V V )p p gV g ρρ==-

222圆柱(-0.5)=3.140.5(30.52) 1.57m V R H h π=???-?=

332半球22

V 3.140.50.262m 33

R π=

=??= 所以Fp=1000×9.81×(1.57-0.262)=12831.48N=12.83kN(方向向上)

2、有一倾斜放置的管道,管径由d 1=10cm ,突然扩大至d 2=20cm 。试验时测得测压管1和2中的水位分别为0.5m 和0.8m ,如图所示。求管道流量Q 。(建议取动能修正系数

为1,突然扩大局部水头损失系数()2

21/1A A ξ=-,A 1、A 2分别为小管和大管的断面面积,ξ对应于大管的流速。)(9分)

2015年秋季  水力学  中期试题(带答案)

解:

2211()/40.00785A d m π== (1)

2212()/40.03142A d m π== (2)

突然扩大局部水头损失系数()2

21/19.015A A ξ=-= (3)

对测压管1和测压管2应用伯努利方程有:

2211221222w p v p v Z Z h g g g g

ρρ++=+++ (4)

其中:2

22w v h g ξ= (5)

由连续性方程1122V A V A =有:124V V = (6) 由已知条件测压管1和2中的水位分别为0.5m 和0.8m 知:

2121()0.3p p

Z Z g g

ρρ+

-+= (7) (5)(6)(7)代入(4)得

2V =0.99m/s Q =A 2V 2=0.0311m 3/s

3、有一沿铅垂直立墙壁铺设的弯管,如图。弯头转角为900,起始断面1-1与终止断面2-2间的轴线长度L 为3.14m ,两断面中心高差Z 为2m ,已知1-1断面中心处动水压强p 1为117.6KN/m 2,两断面之间的水头损失h w 为0.1m ,管径为0.2m ,求当管中通过流量Q =0.06m 3/s 时,水流对弯管的作用力。(9分)

11

2

2

解:

如上图所示,取渐变流断面1-1和2-2,以2-2断面为基准面,建立如图坐标系,写1-1和2-2断面间水流的能量方程:

22

12022w p p v v Z h g g g g ρρ?++=+++ (1)

化简有:21

w p p Z h g g

ρρ=?+- (2) 将h w =0.1m,p 1=117.6kN/m 2代入(2)有:

212117600

()10009.8(20.1)136.2/9.81000

w p p g Z h kN m g ρρ=?+

-=?+-=?弯头内的水重为:

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