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水力学试卷及答案

《水力学》试卷

班级:姓名:学号:成绩:

一、单项选择题(填写唯一正确答案的编号)

(本大题共10小题,每小题2分,共20分)

1.下列物理量中,有量纲的数为()

a)A.佛汝德数Fr B. 沿程阻力系数λ

b)C.渗流系数k D. 堰流流量系数m

2.缓坡明渠中的均匀流是()

a)A.缓流 B. 急流 C. 临界流 D. 可以是急流或缓流

3.管流的负压区是指测压管水头线()

A在基准面以下的部分 B. 在下游自由水面以下的部分

C.在管轴线以下的部分 D. 在基准面以上的部分

4.有两条梯形断面渠道1和2,已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同,但底坡i1>i2,

则其均匀流水深h1和h2的关系为()

A.h1>h2 B. h1

5.对于并联长管道,每根管道的()相等。

A.流量 B. 切应力 C. 沿程水头损失 D. 水力坡度

6.平衡液体的等压面必为()

A.水平面 B. 斜平面 C. 旋转抛物面 D. 与质量力正交的面

7.理想液体恒定有势流动,当质量力只有重力时,()

A整个流场内各点的总水头)

p

+γ相等

z+

(2g

2/

/

u

B只有位于同一流线上的点,总水头)

p

u

+γ相等

z+

2/

/

(2g

C沿流线总水头)

z+

+γ沿程减小

p

u

/

(2g

2/

D沿流线总水头)

p

u

+γ沿程增加

z+

2/

/

(2g

8.有一溢流堰,堰顶厚度为2m,堰上水头为2m,则该堰流属于()

A.薄壁堰流 B. 宽顶堰流 C. 实用堰流 D. 明渠水流

9.同一管道中,当流速不变,温度上升时,则雷诺数()

A.增大 B. 减小 C. 不变 D. 不一定

10.一段直径不变管道的流速从2m/s增加到4m/s时,在水流都处于紊流粗糙区时,沿

程水损失是原来的()倍

A.1 B.2 C. 2 D. 4

二、填空题(在空格中填写正确答案)

(本大题共8小题,每空格2分,共16分)

1.有一明渠均匀流,通过流量s

553

=,底坡0004

Q/

m

i,则其流量模数K= .

.0

=

2.水泵进口真空计的读数为2/5.24m KN p k =,则该处的相对压强水头为 m 3.矩形断面渠道,水深h=1m ,单宽流量s m q /13=,则该水流的佛汝德数Fr = 。 4.宽顶堰的总水头H 0=2m, 下游水位超过堰顶的高度h s =1.4m ,此时堰流为 出流。 5.渗流杜比公式表明,在渐变渗流中过水断面的流速分布为 。 6.已知谢才系数s m C /1002/1=,则沿程阻力系数λ= 。 7.当液流为 流时,流线与迹线重合。

8.直径为1m 的管道中的水流,其水力半径为 。

三、 作图题

(本大题分3小题,每小题4分,共12分)

1.画出如图示曲面ABC 上的水平压强分布图与压力体图。

水力学试卷及答案

2.画出如图短管上的总水头线与测压管水头线。

3.有三段不同底坡的棱柱体渠道首尾相连,每段都很长,且断面形状、尺度及糙率均相同。试定性画出各段渠道中水面曲线可能的连接形式。

0≠上V

0≠下V

四、计算题 (本大题分5小题,共52分) 1.(本小题10分)如图所示,一个封闭水箱,下面有一1/4园柱曲面AB ,宽为1m (垂直于纸面方向),半径R =1m ,m h 21=,m h 32=,计算曲面AB 所受静水总压力的大小、方向和作用点。

水力学试卷及答案

2.(本小题10分)有一长度为L 的有压管道,管径d=0.1m ,作用水头H=3m ,在L/2处装一测压管,已知测压管水面高于管轴1m ,不计行进流速,求管道中通过的流量。

1m

H

L/2

L

h 1

h 2

R

i 1=i c

i 2

i 3>i c

K

K

3.(本小题12分)如图示管路渐变段,已知管轴线与水平面夹角o 30=θ,渐变段长L=10m ,渐变段中水体重量G=2KN ,进水管直径m d 2.01=,流速s m V /11=,形心点相

对压强水头m p 50/1

=γ水柱高,出水管直径m d 1.02=,不计水头损失,试求固定段管路所受的作用力x R 和y R 。

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4.(本小题10分)在矩形断面河道上,有一单孔的与渠道等宽的泄水闸,已知闸前水深

m H 8=,闸门开度m e 5.2=,闸下游水深m h t 5.4=,闸门宽度m b 8=,

(闸门垂向收缩系数625.02=ε,堰流的流量系数34.0=m ,闸孔出流的流量系数H e /18.060.0-=μ),不计行进流速,试求:

(1) 通过水闸的流量; (2) 判断闸下游的水流衔接形式,并判断闸下是否要建消能工。

H

e

h t

L

y

1

1 2

2

5. (本小题10分)对于流动xy u x 2=,22y x u y -=的平面流动,要求:

(1) 判断是否是不可压缩流体的流动?若流动存在,求流函数。 (2) 判别是无旋流还是有旋流?若为无旋流,确定其速度势函数。

答案:

一、单项选择题(20分)

1.C

2. A

3.C

4.B

5. C

6.D

7.B

8.C

9.A 10.D 二、填空题(16分)

1. 2750m 3/s

2. –2.5m

3. 0.32m

4. 自由出流

5. 矩形/或均匀分布

6.0.00784 7.恒定流 8. 0.25m 三、作图题

0≠上V

0≠下V

四、计算题 1. (10分)

画出水平方向压强分布图(1分);画出垂直方向压力体图(1分); 水平方向静水总压力:)(5.24115.28.9←=???==KN A h P c x γ (2分) 垂直方向静水总压力:)(71.21)4/1113(8.92↑=?-???==KN V P z πγ (2分) 总静水总压力:KN P P P z x 73.3271.215.242222=+=+= (1分)

与水平方向的夹角:o x z tg P P tg 5.415

.2471.2111

===--θ (1分) 距底部B 点的垂直距离:m R e o 663.05.41sin 1sin =?==θ (2分)

2.(10分) 以管道轴线为基准面,列测压管断面和处口断面的能量方程: 得m h f 12/= (4分) 列水箱和出口断面能量方程得,g V g V 2/2/2322++=ξ(5.0=ξ)

所以V=m g 615.33/4= (5分)

s l s m VA Q /4.28/0284.04/1.01.0615.33==???==π (1分) 3.(12分)

s m V d d V /4)/(12212==, s m A V Q /0314.0311== (1分) 以过1-1断面中心的水平面为基准面,写出1-1和2-2断面能量方程:

水力学试卷及答案

i 1=i c

i 2

i 3>i c

g

V p z g

V p z 222

222

22

111

1αγ

αγ

+

+

=+

+

取121==αα (3分)

6

.19430sin 106.191500222++?=++γp o

得m p 23.44/2=γ水柱,即22/5.43323.448.9m KN p =?= (2分)

而21/490508.9m KN p =?=,

取1-1和2-2断面间水体为脱离体,假设管壁对水体的作用力为x R 和y R ,(水流方向为x 轴,与水流方向垂直为y 轴) x 方向大的动量方程:

)(30sin 112202211V V Q R G A p A p x ββρ-=--- 取121==ββ

)(30sin 122211V V Q G A p A p R o x ----=ρ 1000/)14(0314.010005.0200785.05.4330314.0490-?-?-?-?=

KN 9.109.014.393.15=---= (3分) y 方向的动量方程: 030cos 0=-G R y

KN G R y 73.1866.0230cos 0=?== (2分)

水流对管壁的作用力与x R 和y R 大小相等,方向相反。 (1分)

4.(10分) (1)由于e/H=2.5/8=0.3125<0.65,所以为闸孔出流(1分)

假定为自由出流(1分)

s m gH be Q /2.13686.195.28)3125.018.06.0(23=?????-==μ(2分)

m e h c 563.15.2625.02=?==ε

sm m b Q q /03.17/3==

m gh q h h c c c 42.5)1563.18.903.1703.1781(2563.1)181(2332=-???+=-+=''

由于c t h h ''>,所以闸孔为自由出流,假设正确。(2分)

(2)

m g q h k 09.38.9/03.171/3

232=?==α (1分)

由于k c h h <,所以出闸水流为急流,又k t h h >,所以下游河道为缓流 (1分) 则下游水流衔接形式为远驱式水跃(1分) 要设消能工。(1分) 5.(10分)

(1) 因为

022=-=??+??y y y

u x u y

x ,满足连续性方程,所以该流动是不可压缩流体的流动。(2分)

流函数dx y x xydy dx u dy u d y x )(222--=-=ψ C x xy +-=3/32ψ (3分)

(2)因为0)22(2

1)(21=-=??-??=

x x y u x u x y ω,所以为无旋流 (2分)

速度势函数dy y x xydx dy u dx u d y x )(222-+=+=? C y y x +-=3/32? (3分)