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水力学模拟题及答案

水力学(二)模拟试题

-判断题:(20分)

1. 液体边界层的厚度总是沿所绕物体的长度减少的。()

2. 只要是平面液流即二元流,流函数都存在。()

3. 在落水的过程中,同一水位情况下,非恒定流的水面坡度比恒定流时小,因而其流量

亦小。()

4. 渗流模型中、过水断面上各点渗流流速的大小都一样,任一点的渗流流速将与断面平

均流速相等。()

5. 正坡明槽的浸润线只有两种形式,且存在于a、c两区。()

6. 平面势流的流函数与流速势函数一样是一个非调和函数。()

7. 边界层内的液流型态只能是紊流。()

8. 平面势流流网就是流线和等势线正交构成的网状图形。()

9. 达西公式与杜比公式都表明:在过水断面上各点的惨流流速都与断面平均流速相等。

()

10. 在非恒定流情况下,过水断面上的水面坡度、流速、流量水位的最大值并不在同一时

刻出现。()

填空题:(20分)

1. 流场中,各运动要素的分析方法常在流场中任取一个微小平行六面体来研究,那么微

小平行六面体最普遍的运动形式有: , ,四种。

2. 土的渗透恃性由:,二方面决疋。

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? ?

—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 = J W+J V +J f中,J V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:

2 2 _

u x = y - x +2x

u y = 2xy - 2y

试问:①此流动是否存在流函数",如存在,试求之;

②此流动是否存在速度势0,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=1im/s,上下游堰高相等为2

米,下游水深h t=3米,堰前较远处液面到堰顶的高度为5米,若取?=0.903,试判断水跃形

式,并建议下游衔接的形式。(R=h c+q2/2g ?亿2)

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=h 2-h 1+2.3h o lg[(h 2-h o)/( h 1-h o)]

水力学模拟题及答案

4(15分).在不可压缩流场中流函数”

=kx 2-ay 2

,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

孔流、堰流流态判别及问题类型

水力学模拟题及答案

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=1.4H 2.[适

1

用于P >2H , B >( 3?4) H ];梯形薄壁堰常用 Q=1.86bH

1.

5

[适用于tg -,b 3H ]。

4

水力学模拟题及答案

堰 流 底坎为 平

顶堰

e

一 > 0.65

H

薄壁堰 一 < 0.67

H

对矩形、梯形有 h s > 0 z/ R < 0.7

已知 b,(H 0 ),m,( , s ),求 Q ; 已知 Q,b,m,( , s ),求 H ;

已知 Q,m,(

), s , H ,求 b ; 已知 Q,b,H,

, s ,求 m

实用堰

0.67 < 莎 <2.5

不同剖面形状,判别界 限不同,可查有关册 克-奥 h s > 0 亠 Z Z

剖面

-- < ( ---- )k

R R

底坎为 曲线型 堰

e

一 > 0.75

H

宽顶堰

2.5 < — <

10

h s

——> 0.8

H 。

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。

n 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1.8X 1.8m 的正方形,水深 H 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 Hb=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

H H 1 h 2.0m,d/H

010

0.05 <0.1

2.0

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

x 0.1=0.3m ,为完全完善收缩,取

0.62, 0.06,贝U

0.62 0.97 0.60

(2)

求当H 2=0.8m 时孔口的泄流量。 因此时为淹没出流, 且Z=H 1 —

H=2.5-0.8=1.7m 。

孔口位置、直径、边缘情况均未变,则 不变,故

Q A 2gZ 0

0.6 0.00785 ,19.6 1.7 0.0272m 3 / s

(3) 求甲箱外侧短管长 丨35cm, l 10cm 的泄流量及管嘴出流时的管内真宽度。 当I 35cm 时,其长度在(3?4) d=30?40cm 之间,为管嘴出流,

p p0而

0.82,于是自由出流时

,_,

2 2

A 箱 1.8 1.8 3.24m , A -d

4

故可忽略行近流速水头,即

H 0?H ,得

Q A 2gH 0

0.6 0.00785

空 0.12

2

0.00785( m ), A 箱

9.8 2.0 0.0295m 3/s

1

P

. 1 0.5

Q

淹没出流时

0.0403m 3 /s

| ---- 1

1 ' I

W x-i IM

0.82 0.00785 .19.6 2.0 p A,2gH0

Q p A 2gZ 0 0.82 0.00785 19.6 1.7 0.0372m 3/s

当I 10cm 时,I 3d 30cm ,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, H 巳 a

0 0 g 2g

P c g 令H 。 2

a

o o

a

c 2g 1.0,整理上式得 A

A C

所以 P a P c g (1 2g H 。 p ._2gH o ——x 2gH

2

[T(1 h

P a P c

g

0.62, 0.06,代入上式,即得真空高度

2

h ■Pa —Pc [°^ (1 0.06) 1] 2.0 1.71m

g 0.62

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 H=2.5m , h=0.3m ,侧壁有孔径 d=20mm 的 圆形薄壁孔口,流量系数 0.60,P 。 0.1at o 求:①泄流开始时的泄流量;②当箱内水 深降至Hi=1.3m 时,欲保持泄流量不变, P 0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 ■― — 0.02 0.0091 v 0.1,为小孔口。 H H 1 h 2.5 0.3 选取过孔口中心的水平面为基准面,对 断面列能量方程 以②代①, )1]H 。

将 p 0.82, 1-1、C-C H 1 2 也0 2g 2 a

2g 取 a c 1.0 o 因 A 箱 ? A c ,故 1

c ,故取 2

c 2g 2 丄0,则 2g 2g(H1 h 葺) P 0

2g(H1 h g ) c A

c

c

A A 『g(H1 h 弋)

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