流體力學模擬試題及答案(一)

1、水力學模擬試題及答案(一1、選擇題:(每小題2分(1在水力學中,單位質(zhì)量力是指(a、單位面積液體受到的質(zhì)量力;b、單位體積液體受到的質(zhì)量力;c、單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力;d、單位重量液體受到的質(zhì)量力。答案:c(2在平衡液體中,質(zhì)量力與等壓面(a、重合;b、平行c、相交;d、正交。答案:d(3液體中某點的絕對壓強為100kN/m2,則該點的相對壓強為a、1 kN/m2b、2 kN/m2c、5 kN/m2d、10 kN/m2答案:b(4水力學中的一維流動是指(a、恒定流動;b、均勻流動;c、層流運動;d、運動要素只與一個坐標有關(guān)的流動。答案:d(5有壓管道的管徑d與管流水力半徑的比值d /R=(a

2、、8;b、4;c、2;d、1。答案:b(6已知液體流動的沿程水力摩擦系數(shù) 與邊壁相對粗糙度和雷諾數(shù)Re都有關(guān),即可以判斷該液體流動屬于a、層流區(qū);b、紊流光滑區(qū);c、紊流過渡粗糙區(qū);d、紊流粗糙區(qū)答案:c(7突然完全關(guān)閉管道末端的閥門,產(chǎn)生直接水擊。已知水擊波速c=1000m/s,水擊壓強水頭H = 250m,則管道中原來的流速v0為a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m答案:c(8在明渠中不可以發(fā)生的流動是(a、恒定均勻流;b、恒定非均勻流;c、非恒定均勻流;d、非恒定非均勻流。答案:c(9在緩坡明渠中不可以發(fā)生的流動是(。a、均勻緩流;b、均勻急流;c、非均勻緩流

3、;d、非均勻急流。答案:b(10底寬b=1.5m的矩形明渠,通過的流量Q =1.5m3/s,已知渠中某處水深h = 0.4m,則該處水流的流態(tài)為a、緩流;b、急流;c、臨界流;答案:b(11閘孔出流的流量Q與閘前水頭的H(成正比。a、1次方b、2次方c、3/2次方d、1/2次方答案:d(12滲流研究的對象是(的運動規(guī)律。a、重力水;b、毛細水;c、氣態(tài)水;d、薄膜水。答案:a(13測量水槽中某點水流流速的儀器有a、文丘里計b、畢托管c、測壓管d、薄壁堰答案:b(14按重力相似準則設(shè)計的水力學模型,長度比尺L=100,模型中水深為0.1米,則原型中對應(yīng)點水深為和流量比尺為a、1米,Q =1000

4、;b、10米,Q =100;c、1米,Q =100000;d、10米,Q=100000。答案:d2、判斷題:(每小題2分(1任意受壓面上的平均壓強等于該受壓面形心處的壓強。(答案:錯誤(2水流總是從壓強大的地方向壓強小的地方流動。(答案:錯誤(3水力粗糙管道是表示管道的邊壁比較粗糙。(答案:錯誤(4粘滯性是液體產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因。(答案:正確(5同樣條件下直接水擊比間接水擊更不安全。(答案:正確(6在正坡非棱柱渠道內(nèi)可以形成均勻流。(答案:錯誤(7矩形斷面水力最佳斷面的寬深比=2。(答案:正確(8斷面比能沿流程總是減小的。(答案:錯誤(9在流量和渠道斷面形式一定的條件下,躍前水深越大,躍后水深

5、也越大。(答案:錯誤(10滲流達西定律適用的條件是恒定均勻?qū)恿鳚B流,并且無滲透變形。( 答案:正確3、填空題:(每小題2 4分(1牛頓內(nèi)摩擦定律適用的條件是和。答案:層流運動,牛頓液體(2液體中某點的絕對壓強為100kN/m2,則該點的相對壓強為kN/m2,真空度為。答案:2,不存在.(3只受重力作用,靜止液體中的等壓面是。答案:水平面。(4實際液體在流動時產(chǎn)生水頭損失的兩個主要原因是,。答案:液體存在粘滯性和邊界的影響。(5水流在明渠中的流態(tài)為緩流時,其水深hh k,弗汝德數(shù)Fr1。(填寫符號答案:,。(6在流量不變的條件下,水躍的躍前水深越小,則水躍的躍后水深越。答案:大。(7根據(jù)管道水頭

6、損失計算方法的不同,管道可以分為和。答案:短管,長管。(8在水擊計算中閥門關(guān)閉的時間T s T r的水擊稱為水擊。答案:直接,間接。(9a2型水面曲線是發(fā)生在坡上的流(指急流或緩流的水面線,這時弗汝德數(shù)Fr沿程(指增大、減小或不變答案:陡坡,緩流,減小。(10 溢流堰的過堰流量與堰頂水頭的次方成正比。答案:3/2 。(11泄水建筑物下游發(fā)生遠驅(qū)水躍時,下游收縮斷面水深h c的共軛水深h ch t(h t為下游河道的水深,填寫符號答案:填寫符號(12 按重力相似準則設(shè)計的溢流壩水力模型,長度比尺L=25,當模型中某點的流速為v m= o.8m/s,則原型中對應(yīng)點的流速為v p=m/s 。答案:4

7、m/s 。4、問答題:(每小題3 4分(1什么是理想液體?為什么要引入理想液體的概念?答案:理想液體是指沒有粘滯性的液體。實際液體都具有粘滯性,在液體流動時會引起能量損失,給分析液體運動帶來很大困難。為了簡化液體運動的討論,我們引入了理想液體的概念,忽略液體的粘滯性,分析其運動規(guī)律,然后再考慮粘滯性影響進行修正,可以得到實際水流的運動規(guī)律,用以解決實際工程問題。這是水力學重要的研究方法。(2“均勻流一定是恒定流”,這種說法是否正確?為什么?答案:這種說法錯誤的。均勻是相對于空間分布而言,恒定是相對于時間而言。當流量不變通過一變直徑管道時,雖然是恒定流,但它不是均勻流。(3簡述尼古拉茲實驗中沿程

8、水力摩擦系數(shù)的變化規(guī)律。答案:通過尼古拉茲實驗可以發(fā)現(xiàn):在層流中僅是雷諾數(shù)Re 的函數(shù)并與Re 成反比;在層流到紊流過渡區(qū),僅是Re 的函數(shù);在紊流光滑區(qū)=f 1(Re ; 過渡區(qū)=f 2(Re , ;粗糙區(qū)=f 3( ,紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。 (4為什么舍齊公式 只適用于阻力平方區(qū)? 答案:舍齊公式是根據(jù)明渠均勻流的大量觀察資料總結(jié)的公式,自然界中明渠水流幾乎都處于紊流阻力平方區(qū),因此該公式只適用于紊流阻力平方區(qū)。(5流動相似的含義是什么?答案:流動相似包括幾何相似、運動相似和動力相似。其中幾何相似是前提,動力相似是保證,才能實現(xiàn)流動相似。(6從力學意義上解釋明渠均勻流只能在正坡渠道中

9、產(chǎn)生的原因。答案:均勻流的斷面平均流速水頭和壓強水頭沿程不變,但水流運動總要消耗能量,因此從能量方程來分析,只能消耗位能來克服水流阻力。所以均勻流只能產(chǎn)生在正坡渠道中。(7分析水面曲線時,如何尋找急流和緩流的控制斷面?答案:急流的控制斷面在上游,因為外界對急流的干擾不能向上游傳播;緩流的控制斷面在下游,其原因與急流正好相反。(8在滲流計算中達西定律與杜比公式有何區(qū)別?答案:達西定律適用于任一點的滲流流速u =kJ ,其適用于恒定均勻?qū)恿鳚B流;而杜比公式是適用于恒定非均勻漸變層流滲流,同一過水斷面上各點的滲流流速都相等且等于v = kJ 。5、作圖題:(1 定性繪出圖示管道(短管的總水頭線和測壓

10、管水頭線。 (5分 解:R Ri R Cv =(2定性繪出圖示棱柱形明渠內(nèi)的水面曲線,并注明曲線名稱及流態(tài)。(各渠段均 (1 圖示一跨河倒虹吸管,正方形斷面面積為 A=0.64 m 2,長 l =50 m ,兩個 30。折角、進口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為1=0.2,2=0.5,3=1.0,沿程水力摩擦系數(shù)=0.024,上下游水位差 H =3m 。求通過的流量 Q ? ( 10分 解: 按短管計算,取下游水面為基準面,對上下游渠道內(nèi)的計算斷面建立能量方程gv R l h H w 24(2+= (5分 計算方形管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)9.10.15.022.02.0=+=, m

11、A R 將參數(shù)代入上式計算,可以求解得到/s m , m/s 3662.216.4=vA Q v (5分即倒虹吸管內(nèi)通過的流量為2.662m 3/s 。（2） 從水箱接一橡膠管道及噴嘴(如圖。橡膠管直徑 D=7.5cm，噴嘴出口直徑 ） d=2.0cm。水頭 H =5.5 m。由水箱至噴嘴的水頭損失 hw = 0.5m。用壓力表測得橡膠管 與噴嘴接頭處的壓強 p = 4.9N/cm2。如用手握住噴嘴，需要多大的水平力 R，行近流速 v0=0，取動能校正系數(shù)和動量校正系數(shù)均為 1。 （15 分） 解：以過噴嘴中心的水平面為基準面，列水箱漸變流斷面 11 和噴 嘴出口斷面 22 的能量方程 v2

12、H + 0 + 0 = 0 + 0 + 2 + 0 .5 (5 分 2g 求得噴嘴出口流速和流量為 v2 = 2 g 5 = 9.9 m s 3 Q = v 2 A2 = 0.000314 m s (1.5 分 橡膠管道內(nèi)的流速為 Q v3 = = 0.706 m s A3 (1 分 對于噴嘴建立 x 方向的動量方程 p3 A3 R = Q(v 2 x v3 x R = p 3 A3 Q(v 2 v3 = 187.79 N 水流對噴嘴沖擊力為 R = R 即為手握噴嘴所需之力。 底寬 （3） 有一梯形渠道， 底坡 i=0.001。如流動在紊流粗糙區(qū) ，求通過的流量 Q。 解：計算渠道斷面水力要

13、素， 過流斷面面積 A = bh + mh 2 = 39m2 (1.5 分 (6.5 分 (1 分 (9 分 b =10 m， 水深 h = 3 m， 邊坡為 1:1， 糙率 n = 0.014， 6 濕周 水力半徑 舍齊系數(shù) 通過的流量 x = b + 2 1 + m 2 h = 18.49 m R= A = 2.11 m x 1 1 1 C = R 6 = 80.90m 2 / s n Q = AC (R i0.5 = 144.93 m3/s (1.5 分 (1 分 (2 分 (3 分 （4）某矩形斷面渠道中筑有一溢流壩。已知渠寬 B18m，流量 Q265m3/s，壩 ） 下收縮斷面處水深 hc=1.1m，當壩下游水深 ht=4.7m 時，問： 1）壩下游是否發(fā)生水躍？ 2）如發(fā)生水躍，屬于何種形式的水躍？ 3 是否需要修建消能工？若需要修建消能工，估算消力池深。 ( 12 分 （4 分） （4 分） （4 分） 解：1計算臨界水深 hk，判斷收縮斷面和下游水流流態(tài)， q = Q/B =265/18 =14.72 m3/sm hk = 3 q 2 14.72 2 = = 2.81 m g 9.8 3 因為收縮斷面水深 hc =1.1 m hk 為緩流，