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水力学考试题计算

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。(×)

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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。(×)

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

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。(√)

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λ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)1 kN/m2(2)2 kN/m2

(3)5 kN/m2(4)10 kN/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h c0的跃后水深为h c02,形成远离水跃衔接的条件

是(3)

(1) h t = h c02 (2) h t > h c02(3) h t < h c02(4) 无法确定

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)1 kN/m2(2)2 kN/m2(3)8 kN/m2(4)10 kN/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ρ2 > ρ1,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。

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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)< J(h2)

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)( 1) p a> p b(2) p a< p b(3) p a = p b(4) 无法确定

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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 δ 比绝对粗糙高度 ? 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i R AC Q =。

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

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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h k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)

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2、定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线。

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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)

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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。

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7、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)

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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

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形闸门AB 上作用的静水总压力及作用方向。

解:水平分力 P x =p c ×A x =74.48kN

铅垂分力 P y =γ×V=85.65kN,

静水总压力 P 2= P x 2+ P y 2,

P=113.50kN, tan α= P y /P x =1.15 ∴ α=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 =50 m ,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 。

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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 g

v R l h H w 2)4(2

∑+==ξλ 计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数

9.10.15.022.0 , m 2.04/=++?====∑ξχd A

R

将参数代入上式计算,可以求解得到 /s m 091.2 , m /s 16.4 3===∴

vA Q v 即倒虹吸管内通过的流量为2.091m 3

/s 。

3、某水平管路直径d 1=7.5cm ,末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图),喷嘴出口直径

d 2=2.0cm 。用压力表测得管路与喷嘴接头处的压强p =49kN /m 2,管路内流速v 1=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)

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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:

s m 00314.0311==A v Q

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s m 9.922==A Q v 对于喷嘴建立x 方向的动量方程 )(1211x x v v Q R A p -=-ρβ 8.187)(3233=--=v v Q A p R ρN

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Z 1=52.16m ,出口槽底高程Z 2=52.04m ,当槽中均匀流水深h 0=1.7m 时,试求渡槽底坡

i 和通过的流量Q 。

解: i=(Z 1-Z 2)/L =0.001

55.2==bh A m 2

9.42=+=h b x m

52.0==

x

A R m s /m 06.6412161==R n C v=C (Ri )0.5=1.46m/s

Q= vA=3.72m 3/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Z 1=52.06m ,当通过设计流量Q =7.65m 3/s 时,槽中均匀流水深h 0=1.7m ,试求渡槽底坡

和出口槽底高程Z 2?

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 =5 m ,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 。

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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=2 m ,板宽B =3m 。

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8、图示一跨河倒虹吸管,正方形断面,边长b =0.8m ,长 l =50 m ,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 =2.662m 3/s 。若上下游的行进流速水头忽略不计,求上下游水位差H 。

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

速C =1172 m/s 。由于管道末端阀门在2秒内完全关闭,产生水击。

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10、测定90管曲率半径R =d 测AB 箱的水体体积为11、=1.5m ,槽长L =槽底高程Z 2=52.04求渡槽底坡i 12、h t =4.7m 时,12解:1)计算临界水深 因为收缩断面水深 h t =4.7m > h k 2h c2=2c h =)11.18.972.1481(21.132

-??+? 因为 h c2 > h t ,该水跃为远驱水跃。

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313、 矩形断面渠道中有一平板闸门,渠宽b 闸前水深H =4m ,闸下收缩断面水深h c =0.8m ,已知渠道流量Q =18m 3/s 均为1。求水流作用于闸门上的作用力。

14、

已测得压强γ1

p =0.5m ,γ2

p =-0.2m ,水管的横

断面积A 1=0.002m 2,A 2=0.001m 2, 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 = 10 mm ,通过流量 Q = 20 cm 3/s ,运动粘度ν = 0.0101 cm 2/s 。问管中水流流态属层流还是紊流?若将直径改为 d = 30 mm ,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=2000 m ,管中水流的流速v=2 m/s ,管道水击波波速C =1172 m/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、

H d =2.50m 时的流量系数为m (1(2

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18、h 0=1.7m

19、图示一水平放置的弯管,直径D=0.2 m ,转角α=90°,1-1断面管轴处的动水压强为p 1=40kN/m 2,2-2断面与大气连通,管中流量为Q =0.1m 3/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)

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20、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=4 m,板宽B=2m。

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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。

23、某矩形断面渠道中建有单孔平板闸门,已知平板闸门的宽度b=6 m,闸前水深为H=4 m,闸孔流量系数μ=0.45,闸门开度e=0.5m,闸底板与渠底齐平。

(1)不计闸前行进流速水头,按自由出流求过闸流量Q。

(2)若闸下收缩水深h c=0.4m,下游水深h t=2.5m,判断闸下水跃衔接的形式,并确定是否需要修建消力池?。

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24

门重

25、有一水平放置的管道(如图)。管径d1=10 cm,d2=5 cm。管中流量Q v=10 L/s。断面1处测管高度H=2 m。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。

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26、有一浆砌块石的矩形断面渠道,糙率n= 0.025,宽b= 5m,当Q = 15.0m3/s时,渠中均匀水深h = 2m,试判断渠道中的明渠水流流态。

27、有一单孔水闸,平板闸门孔宽=3.0 m,闸门开度e= 0.5m,闸前水深H=6.0 m,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。

28、水温10。C时水流的运动粘滞系数为 = 0.0131 cm2/s,水管的直径为10 cm,管中流速为100 cm/s,试判别水流流态。

29、有一矩形断面渠道均匀流,底宽 b =10 m,水深h = 3 m,糙率n = 0.014,底坡i=0.001 。如流动在紊流粗糙区,求谢才系数C和流量Q,并判别是急流还是缓流。

30、有一虹吸管(如图)。已知管径d=10 cm,h1=1.5 m,h2=3 m,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p c。

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32、有一单孔水闸,平板闸门孔宽b=3.0 m,闸门开度e=0.5 m,闸前水深H=6.0 m ,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。

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33、某单孔WES型实用堰,孔净宽=18.0 m,上游堰高P=35m,堰顶水头H=3.2m,已知实用堰的流量系数m=0.502 ,不考虑侧收缩系数影响。堰下游收缩断面的水深h c=0.5 m,收缩断面的宽为54m,下游水位低于堰顶,下游水深h t=3.5m。

(1)求通过实用堰的流量Q

(2)确定堰下游水跃衔接形式,说明堰下游是否需要修建消能设施?

(3)如采用底流式消能,消能池中的水跃应达到什么要求?

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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13 m,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)

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35、图示左边为一封闭容器,盛有密度ρ1=ρ2=1000kg/m3 的水,深度h1 = 3 m 。容器侧壁装有一测压管,H= 0.5 m。右边为敞口盛水容器,水深h2=2.2 m。求中间隔板A、

B、C 三点的压强。( 10分)

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36 、已知如图所示的文丘里管,管路中通过流量Q = 10 l/s,d1 =5 cm,p1 =78.4 Pa,如果使2断面产生真空压强为6.37kPa

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37、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, 并判别是急流还是缓流。