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2015年秋季水力学中期试题(带答案)讲解

2015年秋季水力学中期试题(带答案)讲解

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:

考试须知

四川大学学生参加由学校或由学校承办的各级各类考试,必须严格执行《四川大学考试工作管理办法》和《四川大学考场规则》。有考试违纪作弊行为的,一律按照《四川大学学生考试违纪作弊处罚条例》进行处理。

四川大学各级各类考试的监考人员,必须严格执行《四川大学考试工作管理办法》、《四川大学考场规则》和《四川大学监考人员职责》。有违反学校有关规定的,严格按照《四川大学教学事故认定及处理办法》进行处理。

一、是非题(正确的划“√”,错误的划“×”)(本大题分15小题,每小题1分,共15

分)

1、在水力学中,把液体视为连续介质,在

液流中的一切物理量相对于空间坐标或

2

时间的变化都是连续的。(√)

2、液体作层流运动时,流层之间的内摩擦力与液体所承受的压力有关。(×)

3、质量力除用总作用力来度量外,也常用

单位质量力来度量。单位质量力和加速

度一样的量纲一样。

(√)

4、绕中心轴作等角速度旋转的平衡液体,等压面为抛物面。(√)

5、液体中静水压强沿某一方向的变化率与

3

6、倾斜置于静水水面下的平板,其压力中心在平板形心点之下。(√)

7、根据定义,迹线源自描述液体运动的拉

格朗日法,流线多用于描述液体运动的

欧拉法。

(√)

4

8、均匀流过水断面上的动能修正系数和动

9、文丘里流量计测流量原理是一维恒定总流的动量方程。(×)10、液体的粘性和液体内部质点间的相对运

5

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11、根据雷诺试验的结果,液流型态不同,沿

6

程水头损失的规律不同。但水流的阻力与

液流型态无关。

(×)

12、湍流中,紧靠固体边界表明有一层极薄的

7

13、谢齐公式是基于明渠均匀流的实测资

8

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

9

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

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2、图示为两种液体盛于容器中,处于静止状态,且密度

21

ρρ

>,则A、B两测压管中的液面相对位置关系为( B )。

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

11

12

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 2

8g 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

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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)

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:2

A 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)

2、简述尼古拉兹实验中沿程水力损失系数λ的变化规律。(6分)

(1)当Re<2000时,沿程阻力系数λ与雷诺

13

数Re的关系为直线I,与相对光滑度无关,直线代表层流时沿程阻力系数的规律,其方程式为λ=64/Re

(2)当2000

(3)当Re>4000时,液流形态已进入湍流,沿程阻力系数决定于粘性底层厚度δ0与绝对粗糙度?的关系:

①当Re较小时,粘性底层较厚,可以淹没?,管壁就是水力光滑管,其沿程阻力系数λ=f(Re),而与?无关(直线II代表光滑管沿程阻力系数的规律)

②直线II与直线III之间的区域为光滑管过渡到粗糙管的过渡区,因雷诺数的增大,粘性底层相对减薄,以致不能完全淹没?,而管壁粗糙度已对沿程阻力发生影响,所以沿程阻力系数λ=f(r0/?,Re)

③直线III以右的区域,λ与r0/?有关,而与

14

Re无关,属于粗糙管区,此时管壁粗糙度对沿程阻力系数已经起主要作用,该区域水头损失与平均流速的平方成比例,粗糙管区常叫阻力平方区。

3、什么叫正常水深?什么叫临界水深,如何用流速、Fr数、水深判断水流形态?(6分)答:正常水深:明渠中水流作均匀流动时所对应的水深,以h0表示;(1 分)

临界水深:指当流量一定时,断面比能最

小值所对应的水深,以h K表示。(1 分)

判断水流形态的方法:用微波速度v w,

当v<v w时,水流为缓流;当v=v w时,

水流为临界流;当v>v w时,水流为急流。

(1.5 分)

用弗劳徳数Fr判断,当Fr<1时,水流

为缓流;当Fr=1时,水流为临界流;当

Fr>1时,水流为急流。(1.5 分)

用临界水深h K判断,当h>h K时,水流

为缓流;当h=h K时,水流为临界流;当

h<h K时,水流为急流。(1 分)

四、作图题(本大题分3小题,共11分)

1、如下图所示的容器,装有密度为 的水,半圆弧?BAC的半径为R,绘出?BA上的水平压强分

2015年秋季水力学中期试题(带答案)讲解

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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)

16

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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

43

V R π=球)。(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。

18

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

2

1

/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)讲解

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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:212

1()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