水力學綜合練習及解析

水力學綜合練習一、判斷題1.流動的液體內部的質點之間存在著相對運動，液體質點之間會產(chǎn)生反抗這種相對運動的摩擦力，這種特性稱為黏滯性。（）2.靜水壓強的方向平行并指向作用面。（）3.不可壓縮恒定總流的連續(xù)性方程對理想液體和實際液體都適用。（）4.層流的沿程水頭損失系數(shù)與雷諾數(shù)成正比。（）5.圓管層流的流速沿徑向是按拋物線規(guī)律分布的。（）6.判別水流是層流或紊流流態(tài)的無量綱數(shù)是雷諾數(shù)Re。（）7.明渠非均勻流的底坡線、水面線、總水頭線三者總是平行的。（）8.堰流是急變流，是位能轉化為動能的過程。（）9．在溫度不變的情況下，牛頓流體的黏滯系數(shù)是變量，隨著流速梯度而改變。（）10．僅在重力作用下，靜止液體內各點，對同一基準面的單位勢能均相等。11．水力半徑全面反映了水流橫向邊界特征對于過流能力和水流阻力的綜合影響。12．圓管層流的流速沿徑向是按直線規(guī)律分布的。（）13．明渠均勻流的底坡肯定是逆坡。（）14．在明渠均勻流中，斷面比能保持沿程不變。（）15．一般情況下閘孔出流的能量損失主要是局部水頭損失。（）二、單項選擇題1．牛頓內摩擦定律 （） A所有流體均適用B只適用于膨脹流體C只適用非牛頓流體D只適用于牛頓流體2．液體中某點的絕對壓強為108kN/m2，則該點的相對壓強為（）A1kN/m2B2kN/m2C8kN/m2D3．液體質點在運動過程中，不同時刻所流經(jīng)空間點的連線稱為（）A跡線B流線C總水頭線D測壓管線4．水流在流動過程中，運動要素不隨流程而改變的流動，稱為A非均勻流B恒定流C均勻流D緩流5．按長管計算的管道流動的總水頭線與測壓管水頭線（）A相重合B是平行的直線C相平行，呈階梯狀D相垂直6．水力最佳斷面是（）A濕周一定，面積最小的斷面 B面積一定，通過流量最大的斷面C最低造價的斷面D最小糙率的斷面76.靜水中若某點的真空壓強是20kPa，則其相對壓強是（） A118kPaB78kPaC-20kPaD-78kPa8.某瞬時在流場中繪制的一條曲線，該瞬時位于曲線上各質點的速度都與這條曲線相切，這曲線是（）A跡線B總水頭線C測壓管線D流線9.以下哪種流態(tài)是不可能存在的？（）A明渠非恒定均勻流B明渠恒定均勻流C明渠恒定非均勻流的D明渠非恒定非均勻流10.水泵的揚程是指（）A水泵提水高度B水泵提水高度+吸水管的水頭損失C水泵提水高度+吸水管與壓水管的水頭損失D吸水管與壓水管的水頭損失11.矩形斷面明渠水力最佳斷面的寬深比β等于（）A1B2C3D412.判別明渠水流流態(tài)的依據(jù)是弗汝德數(shù)，當Fr＞1則為（）A緩流 B急流 C急變流 D臨界流三、問答題1.用滲流模型取代真實的滲流，必須遵守哪些原則？2.動量方程的適用條件？3．什么是液體的可壓縮性？什么情況下需要考慮液體的可壓縮性？4．同一邊界在不同水流條件下為什么有時是水力光滑，有時是水力粗糙？四、計算題1．如圖所示擋水矩形平板AB，已知水深h=2m，板的寬b＝4m，求作用在矩形平板AB2．溫度為10°C的水，其運動粘度ν＝0.0131cm2/s，管徑為d=10cm，當管中通過的流量為Q=0.01m3/s時，試計算管中水流的流速，并判別水流流態(tài)。如果水流要轉變?yōu)榱硪环N流態(tài)3．圖示一跨河倒虹吸圓管，管徑d＝0.8m，長l=50m，管道每個30o轉折處的局部水頭損失系數(shù)ζ1=0.2，管道進口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為ζ2=0.5，ζ3=1.0，倒虹吸管沿程水頭損失系數(shù)λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通過倒虹吸管內的流速和流量Q4．某矩形斷面渡槽內的水流為均勻流，渡槽長l=200m，底寬b=2m，糙率n=0.015，當渡槽內的水深h=1m時，通過的流量Q=3.30m35.有一3孔WES型實用堰。每孔凈寬=8.0m，上游堰高P=35m，堰頂水頭H=3.2m，已知實用堰的流量系數(shù)m=0.502，側受縮系數(shù)1=0.96，堰下游收縮水深hc=0.5m，相應寬度30m，下游水位低于堰頂，下游河道水深ht=3.5m（1）求實用堰的流量Q。（2）確定堰下游水躍銜接形式，說明堰下游是否需要修建消能設施？（3）如采用底流式消能，消能池中的水躍應為什么形式水躍？6．有一矩形斷面長渠道內水流作均勻流運動，已知渠道的底寬b=3.2m，渠中水深h=1.6m，糙率n=0.025，渠道的底坡i=0.0009，試計算渠道內通過的流量Q，并判別渠道內的水流是急流還是緩流?7．某輸油管道長L=500m，直徑d=0.15m，流速v=0.24m/s，油的粘滯系數(shù)ν＝2.0cm2/s，試判斷此時的流動型態(tài)；確定此管段的沿程阻力損失。8．圖示水箱一側有一向上開口的短管，箱內水位恒定，水流通過短管向上噴射。若短管出口至水箱水面高h=5m，短管局部水頭損失系數(shù)ζ=1.2，沿程水頭損失可以忽略，取動能修正系數(shù)α=1。忽略空氣阻力，求管嘴的出流速度v及射流達到的高度z。9.某矩形斷面渠道中建有單孔平板閘門，已知平板閘門的寬度b＝6m，閘前水深為H=5m，閘孔流量系數(shù)μ=0.45，閘門開度e=0.5m，閘底板與渠底齊平。（1）不計閘前行進流速水頭，按自由出流求過閘流量Q。（2）若閘下收縮水深hc＝0.4m，下游水深ht=2.5m，判斷閘下水躍銜接的形式，并確定是否需要修建消力池？練習解析一、判斷題1．√2．×3．√ 4．×5．√6．√7．×8．√9．×10．√11．√12．×13．×14．√15．√二、單選題1．D2．D3．A4．C5．A6．B7．C8．D9．A10．C11．B12．B三、簡答題1．用滲流模型取代真實的滲流，必須遵守哪些原則？答：（1）通過滲流模型的流量必須和實際滲流的流量相等。（2）對同一作用面，從滲流模型得出的動水壓力，應當和真實滲流動水壓力相等。（3）滲流模型的阻力和實際滲流應相等，也就是說水頭損失應該相等。2．動量方程的適用條件？答：（1）水流是恒定流，流量沿程不變；（2）水流為不可壓縮的連續(xù)液體；（3）所選過流斷面為漸變流斷面，但是兩個斷面之間的水流可以是急變流。3．什么是液體的可壓縮性？什么情況下需要考慮液體的可壓縮性？答：液體的可壓縮性是指：當外界的壓強發(fā)生變化時液體的體積也隨之而發(fā)生改變的特性。液體的可壓縮性在一般情況下可以不必考慮，但是當外界壓強變化較大，如發(fā)生水擊現(xiàn)象時必須予以考慮。4．同一邊界在不同水流條件下為什么有時是水力光滑，有時是水力粗糙？答：對于某個具體邊界，粗糙度Δ是一定的；而粘滯底層厚度δ0隨紊流強度Re的增大而減小。因此存在3種情況：

（a）當Re較小，δ0較大而且Δ/δ0＜0.3，邊界粗糙突起Δ對紊流運動沒有影響，認為邊界是光滑的，即為紊流水力光滑區(qū)。（b）當Re較大，δ0較小且Δ/δ0＞6，這時邊界凸起突入紊流核心，對紊流運動影響很大，邊界是粗糙的，為紊流水力粗糙區(qū)。（c）當Re介于兩者之間，0.3≤Δ/δ0≤6，粘滯性和紊流都對水流運動產(chǎn)生影響，這時紊流過渡粗糙區(qū)。

分析說明，邊界同一個粗糙度Δ，當水流強度Re不同，相應粘滯底層厚度δ0也不同，這就構成紊流3個不同的流區(qū)，因水流阻力不同而形成不同的水頭損失變化規(guī)律。四、計算題1．如圖所示擋水矩形平板AB，已知水深h=2m，板的寬b＝4m，求作用在矩形平板解：∵平板AB的形心點c的水深hc=h/2=1m∴作用在平板上的靜水總壓力為靜水總壓力作用點d處的水深hD=h=4/3m＝1.333m2.溫度為10°C的水，其運動粘度ν＝0.0131cm2/s，管徑為d=10cm，當管中通過的流量為Q=0.01m3/s時，試計算管中水流的流速，并判別水流流態(tài)。如果水流要轉變?yōu)榱硪环N流態(tài)，則解：管中水流的流速為m/s水流的雷諾數(shù)為因為雷諾數(shù)Re＝972.5＜2000，管內為層流。如果要轉變?yōu)槲闪鲃t＞2000，則流速應v＞=2.62cm/s3．圖示一跨河倒虹吸圓管，管徑d＝0.8m，長l=50m，管道每個30o轉折處的局部水頭損失系數(shù)ζ1=0.2，管道進口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為ζ2=0.5，ζ3=1.0，倒虹吸管沿程水頭損失系數(shù)λ=0.024，上下游水位差H=3m。求通過倒虹吸管內的流速和流量Q解：按短管淹沒出流計算，取下游水面為基準面，對上下游渠道內的計算斷面建立能量方程計算圓管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)d＝0.8m將參數(shù)代入上式計算，可以求解得到圓管內的流速v=4.16m/s倒虹吸管通過的流量Q為Q＝vA=2.093m3/s4．某矩形斷面渡槽內的水流為均勻流，渡槽長l=200m，底寬b=2m，糙率n=0.015，當渡槽內的水深h=1m時，通過的流量Q=3.30m3解：矩形渡槽的斷面面積A=bh=21=2m2濕周x=b+2h=2+21=4m2水力半徑R=A/x=0.5m謝才系數(shù)C==59.39m0.5/s渡槽的底坡i==0.001544渡槽兩端斷面槽底的落差即水面落差Δh=li=0.00154200=0.308m5.有一3孔WES型實用堰。每孔凈寬=8.0m，上游堰高P=35m，堰頂水頭H=3.2m，已知實用堰的流量系數(shù)m=0.502，側受縮系數(shù)1=0.96，堰下游收縮水深hc=0.5m，相應寬度30m，下游水位低于堰頂，下游河道水深ht=3.5m（1）求實用堰的流量Q。（2）確定堰下游水躍銜接形式，說明堰下游是否需要修建消能設施？（3）如采用底流式消能，消能池中的水躍應為什么形式水躍？（1）P/H=35/3.2＞1.33是高堰，且為非淹沒，實用堰的流量Q＝1mnb＝0.96×0.502×3×8×=293.3m3/s（2）下游單寬流量q=Q/30=9.78m2/s，臨界水深hk=＝2.14mhc=0.5m＜hk＜ht=3.5m，而且＝6.0m＞ht=3.5m堰下游發(fā)生遠驅水躍，需要修建消力池。（3）如采用底流式消能，消能池中的水躍應為微淹沒式水躍62．有一矩形斷面長渠道內水流作均勻流運動，已知渠道的底寬b=3.2m，渠中水深h=1.6m，糙率n=0.025，渠道的底坡i=0.0009，試計算渠道內通過的流量Q，并判別渠道內的水流是急流還是緩流？解：m0.5/s＝5.29m3/s渠道內通過的流量Q=5.29m3/s渠道內水流的佛汝德數(shù)為＜1水流為緩流。7．某輸油管道長L=500m，直徑d=0.15m，流速v=0.24m/s，油的粘滯系數(shù)ν＝2.0cm2/s，試判斷此時的流動型態(tài)；確定此管段的沿程阻力損失。解：1），為層流；2）管段的沿程阻力系數(shù)為管段的沿程阻力損失（油柱）8．圖示水箱一側有一向上開口的短管，箱內水位恒定，水流通過短管向上噴射。若短管出口至水箱水面高h=5m，短管