【水力學(xué)】-水力學(xué)期末試卷

1/1/11/1/1天津大學(xué)試卷專用紙學(xué)院 專業(yè) 班 年級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 共4頁第1頁2007～2008學(xué)年第二學(xué)期期末考試試卷《水力學(xué)》（A卷 共4頁）（考試時(shí)間：2008 年6月20日）題號(hào) 一 二 三 四 五 六 七 八 成績(jī) 核分人簽字得分一、基本概念部分（40分）（一） 判斷題（每小題1分，共10分）判斷下列說法是否正確。若正確在括號(hào)內(nèi)劃√，否則劃 。（1）在繪制水頭線時(shí)，會(huì)出現(xiàn)位置水頭高于總水頭線的情況。--------------（ ）（2）動(dòng)能修正系數(shù)的取值與斷面流速分布有關(guān)。---------------------------------------（）（3）在自然界存在著一種不具有粘滯性的液體，我們稱它為理想流體。------（ ）（4）無論流體作何種運(yùn)動(dòng)，流體內(nèi)任何一個(gè)水平面都是等壓面。------------（ ）（5）無限空間淹沒紊流射流的部分結(jié)果可應(yīng)用于有限空間淹沒紊流射流的變量計(jì)算中。------------------------------------------------------------（ ）

（二）選擇題（210）在下列命題中選擇出正確的說法，添在括號(hào)內(nèi)。5.圓管的水力半徑是---------------------------------------------------（）（a） d/2 , （b） d/3 , （c） d/4 ,（d） d/5.（2）流體內(nèi)部某點(diǎn)存在真空，是指 ------------------------------------------（）（a）（b）該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為正值（c）（d）該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值（3）在水箱上接出一條等直徑圓管，末端設(shè)有閥門已控制流量，當(dāng)水箱內(nèi)水面隨時(shí)間變化閥門開度一定時(shí)，管中水流為 -------------------------------------------（）（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（6）在一般情況下，可以按照一種以上相似準(zhǔn)數(shù)相等的條件來設(shè)計(jì)模型。----（ ） （4）總水頭線與測(cè)壓管水頭線的基本規(guī)律之一，是： --------------------------（7）若兩孔口形狀、尺寸完全相同，作用水頭相同，一個(gè)為自由出流，一個(gè)為淹沒出 （ ）流，二者的流量是相同的。------------------------------------------------------------（） （a）總水頭線總是沿程升高。 （b）總水頭線總是在測(cè)壓管水頭線的上方。（8）急變流一定是非恒定流。------------------------------------------（ ）（9）臨界雷諾數(shù)的大小僅與流體的流速有關(guān)，與流體的性質(zhì)無關(guān)。----------（ ）

（c）測(cè)壓管水頭線沿程升高。 （d）測(cè)壓管水頭線總是沿程下降的。（10）亞音速氣流在收縮形管路中，可以在一定條件下獲得超音速的速度。--------- （5）下面關(guān)于流體粘性的說法中，不正確的是 --------------------------------------------------------------------------------------------（）

（ ）（a）粘性是流體的固有屬性。（b）粘性是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，流體具有抵抗剪切變形速率能力的量度。（c）流體的粘性具有傳遞運(yùn)動(dòng)和阻滯運(yùn)動(dòng)的雙重性。（d）流體的粘性隨著溫度的升高而增大天津大學(xué)試卷專用紙學(xué)院 專業(yè) 班 年級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 共4頁第2頁（三） 簡(jiǎn)答題（每小題4分，共20分）p1．g、各有什么物理意義和幾何意義？2．指出水擊形成的四個(gè)階段。采取哪些辦法可減少水擊壓強(qiáng)？

5．下面幾種流動(dòng)：（a）轉(zhuǎn)角大于180度時(shí)出現(xiàn)的流動(dòng)分離，并在分離后出現(xiàn)漩渦，造成損失；（b）尼古拉茲試驗(yàn)中，貼上不規(guī)則沙粒后的水流粗糙區(qū)內(nèi)的沿程水頭損失；（c）圓球下落時(shí)尾部所產(chǎn)生的卡門渦；（ d）處于水力光滑區(qū)內(nèi)的沿程水頭損失；（e）突然擴(kuò)大造成的局部損失。哪幾種流動(dòng)造成的能量消耗具有相似的內(nèi)在機(jī)理？二、計(jì)算題（共60分）（四）14.4 一平面流動(dòng) x方向的流速分量為 u=3ɑ(2-2)，在點(diǎn)A（0，0）處，3．計(jì)算工業(yè)管道的沿程阻力系數(shù)能否采用人工粗糙管的公式？為什么?

u=u=0，試求通過A（0，0）、B（1，1）兩點(diǎn)聯(lián)線的單寬流量q分）

為多少？（9AB lv24h∝Vmmh

采用統(tǒng)一公式 d2g?f f天津大學(xué)試卷專用紙學(xué)院 專業(yè) 班 年級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 共4頁第3 頁（五）如圖示，閘門AB寬1.2m，鉸在A點(diǎn)，壓力表G的讀數(shù)為－14700N／m2，在 （六）如下圖所示為嵌入支座內(nèi)的直角彎段等徑輸水管，其直徑 d250mm，流量右側(cè)箱中油的容重γ＝8.33KN/m2，問在B點(diǎn)加多大的水平力才能使閘門AB平衡？

Q0.12m3/s176.4kPa（相對(duì)壓強(qiáng)），管道中心均在同一水平面0（12分）

上，試求支座所受的水平力R，可不計(jì)水頭損失。 （12分）天津大學(xué)試卷專用紙學(xué)院 專業(yè) 班 年級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 共4頁第4頁（七）水塔經(jīng)圖示管道系統(tǒng)供水。已知供水流量Q=0.1m3/s，要求末端自由水頭為 （八）3.13 一直徑沿程不變的輸水管道，連接兩水池，如圖所示，已知管道直徑d＝10m

=100m，L2

=200md1

=200mm(比阻 0.3m，全管長(zhǎng)l＝90m，沿程阻力系數(shù)＝0.03，進(jìn)口局部水頭損失系數(shù)

1＝0.5，折a1=a4=9.029s2/m6),d2=d3=150mm(a2=a3=41.85s2/m6（不要求修正比阻）試求：(1)Q2，Q3；(2)水塔水面高度H。 （12分）

彎局部水頭損失系數(shù)=0.3，出口水頭損失系數(shù)＝1.0，出口在下游水面以下深度h2=2.3m，在距出口30m處設(shè)有一“U”型水銀測(cè)壓計(jì)，其液面h＝0.5m，較低的水銀液面距管軸1.5m，試確定：2 3QZ；2 3定性繪出總水頭線及測(cè)壓管水頭線。（15分）1．定解問題（1）基本方程：圣維南方程組 AQq

(連續(xù)方程) t x lQ

(Q2)gAZ

gAS

0

動(dòng)量方程）t x A x f（2）定解條件：初始條件和邊界條件條件1：水位邊界條件已知 t下游邊界：Z=4.0+1.5sin( )(m) 12條件2：流量邊界條件已知 上游邊界：Q=500(m3/s) t下游邊界：Z=4.0+1.5sin( )(m) 12條件3：水位—流量關(guān)系條件已知 A=20km2 t下游邊界：Z=4.0+1.5sin( )(m) 122．差分格式 Q Q j

CZj

j

CZ Dj j jEjQj

GQj

j

FZj

j

FZ j j j3．計(jì)算方法追趕法：邊界條件的追趕關(guān)系條件1：水位邊界條件已知QZj

Sj1

T Qj1

j1 j

Pj

V Qj1

j1條件2：流量邊界條件已知Z S j

j

T Zj1

j1P V Zjjjj條件3：水位—流量關(guān)系條件已知可線性化處理后，按照條件2方法進(jìn)行計(jì)算。4．程序框圖開始開始上邊界條件計(jì)算數(shù)組說明計(jì)算追趕系數(shù)數(shù)組基本數(shù)據(jù)下邊界條件計(jì)算單位換算回代計(jì)算水位流量初始條件賦值輸出計(jì)算結(jié)果時(shí)間步長(zhǎng)循環(huán)結(jié)束5．成果分析基于教科書附錄中的FORTRAN代碼，自主轉(zhuǎn)換編譯為VisualC#程序進(jìn)行成果分析。程序說明（1）紅色曲線代表流量過程線48，黑色代表水位流量過程線48h，通過對(duì)各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，自動(dòng)繪出過程線，并能將數(shù)據(jù)結(jié)果輸出到TXT文檔。（2）因部分?jǐn)嗝媪髁科鸱^大或水位起伏較小，致使曲線無法顯示或不便進(jìn)行觀察比較，故可通過乘以縮放倍比對(duì)曲線進(jìn)行調(diào)整（同一條件下選擇最優(yōu)縮放倍比。（3）本程序的重要優(yōu)勢(shì)在于可對(duì)計(jì)算中的重要參數(shù)進(jìn)行迅速調(diào)整，簡(jiǎn)單明了模擬出其對(duì)河道水流計(jì)算的影響程度和作用情況。（4）本程序無法繪制同一條件下不同斷面流量（或水位）過程線，因而給斷面情況對(duì)比分析帶來一定的不便。編譯結(jié)果編譯結(jié)果界面如下圖所示（根據(jù)題意，以斷面1、1、1、21為例：1）條件1結(jié)果（水位縮放倍比5，流量縮放倍比0.：1：6：16：21：2）條件2結(jié)果（水位縮放倍比2，流量縮放倍比0.1：斷面:1：6：16：21：2）條件3結(jié)果（水位縮放倍比5，流量縮放倍比0.1：1：6：16：斷面21：規(guī)律分析（1）水位過程線分析：條件1中越往下游，水位不斷上漲，最高水位緩慢左移；隨時(shí)間推移，逐漸由水平線轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的三角函數(shù)曲線。條件2中上中游水位過程線形狀與上游流量過程線類似，下游形狀與三角函數(shù)曲線相同。條件3中越往下游，水位不斷上漲，最高水位增幅較大且緩慢左移；全過程的三角函數(shù)曲線形狀由扁平逐漸趨于穩(wěn)定。（2）流量過程線分析：條件1中越往下游，曲線緩慢左移（洪峰提前，各斷面洪峰值23中越往下游，曲線緩慢左移（洪峰提前，各斷面洪峰值變幅較小；全過程曲線形狀與水位類似，但變幅更大。（3）整體分析：依據(jù)洪水的疊加效應(yīng)，越往下游洪量越集中，洪峰有提前的趨向。（4）穩(wěn)定性分析：本題中的0.75，Preissmann格式的穩(wěn)定條件是無條件穩(wěn)定，值條件（或原微分方程解的性質(zhì)）=DT*C，因而可考慮通過對(duì)時(shí)間步DXDTDXDT取10mi，DX取1k（可取0-1.6k。（5）在對(duì)各斷面進(jìn)行繪圖時(shí)可發(fā)現(xiàn)，初始水位和流量的取值對(duì)計(jì)算結(jié)果影響很小，并且這種影響將隨著計(jì)算時(shí)刻的推移而逐漸消失，一般持續(xù)時(shí)間為前3-5小時(shí)。參數(shù)敏感性分析由前段時(shí)間的學(xué)習(xí)可知，一維模型的建立有如下假定條件：（1）河道水位較高且漫灘時(shí)，假定主槽和灘地同時(shí)向下游輸送流量，但輸送流速不同；（可以相等，也可以不相等；（3）一般情況下，干流與匯入支流的夾角較大，支流集中入流q入

的動(dòng)量沿干流流向的分動(dòng)量可忽略，即分動(dòng)量Vx

0；（4）假定水密度為常數(shù)，即不隨水溫、氣壓而改變；（5）假定模擬的河段為定床情況，即不考慮河床的沖淤變化和人類活動(dòng)的影響；（6）假定河道水面無橫比降；（7）假定非恒定流的摩阻公式可以借用恒定流的摩阻公式；（8）假定動(dòng)水壓力滿足靜水壓力分布。由于不考慮水流漫灘后，灘地對(duì)輸送水量的影響，故無需考慮動(dòng)量校正系數(shù)對(duì)計(jì)算的影響。而計(jì)算時(shí)均需對(duì)參數(shù)n進(jìn)行率定，即根據(jù)糙率n的初值，通過上、下邊界條件，以n，直至滿足要求的精度。但由于本次計(jì)算無實(shí)測(cè)資料進(jìn)行檢驗(yàn)，故采用經(jīng)驗(yàn)性參數(shù)使用，因而可對(duì)其進(jìn)行較大范圍的調(diào)整以反映其對(duì)計(jì)算的具體影響?，F(xiàn)以條件1中斷面6為例，其調(diào)試結(jié)果如下圖：當(dāng)CNO=0.02時(shí)：CNO=0.04時(shí)：CNO=0.06時(shí)：當(dāng)CNO=0.5時(shí)：6．收獲體會(huì)圣維南方程組屬于二元一階雙曲型擬線性方程組，由于現(xiàn)階段尚無法直接求出其解析在接觸過《工程水文學(xué)》之后，我們了解到水文學(xué)洪水演算方法，如馬斯京根法，雖然計(jì)算簡(jiǎn)單只需水文資料，但理論上具有近似性使用條件也受到